摘要：介绍了国内钢板表面除锈工艺现状、EPS处理技术原理和EPS板材的特点,着重说明了EPS大梁板在纵梁辊压生产中的应用情况,结合辊压车间的生产布局规划,对黑皮钢+抛丸机和EPS板两种技术方案进行了比较,对EPS板应用过程中出现的表面锈渍和表面划伤等问题的原因进行了分析,并提出了相应的解决措施。
1 前言
汽车大梁板的EPS(Eco Pickled Surface)处理技术是以水和钢砂作为介质,对钢板表面进行清洗,以去除钢板表面氧化层。与酸洗工艺相比,处理过程无害,不存在废物处理问题,对环境保护有重大意义。热轧汽车大梁用钢经过EPS处理后,板材性能指标符合相应国家标准规定的性能要求。表面粗糙度Ra值为2.0~6.0,可根据使用要求在此范围内对Ra值进行调整;处理后的钢板表面形成一层新的由微量元素组成的稳定氧化膜,可抑制钢板表面生锈(在不涂油状态下,可保证在180天内不生锈),有利于后续的辊压、等离子切割和涂装前处理。
2 国内钢板表面除锈工艺现状
2.1 钢板热轧表面氧化铁皮的结构和组成
热轧钢板经终轧及层流冷却后,表面形成的氧化铁皮一般由3层结构组成(图1),最上层为红色三氧化二铁(Fe2O3),即铁锈层;中间层为土黄色磁性四氧化三铁(Fe3O4);最下层为蓝黑色维氏体氧化亚铁(Fe O),氧化铁皮厚度一般为7.5~15μm。这些氧化铁皮都是不溶于水的碱性氧化物,必须通过除锈进行清除,以达到保护生产设备、工装和提高涂装工序涂层附着力的目的。
图1 热轧钢板表面氧化铁皮的成分组成
2.2 酸洗除锈
热轧板卷料传统上一直采用酸洗工艺除锈,随着国家对环境保护等方面要求的提高,酸洗工艺本身的局限性越来越明显。首先,酸洗要消耗大量的酸液,而且不可避免地与部分钢铁发生反应,在去除氧化皮的同时,必然带来相当量的金属铁的损失;其次,为回收废酸液,需要较大投资建设回收和处理设施。
2.3 黑皮钢技术
为避免酸洗除锈的一系列问题,一种可免酸洗的黑皮钢逐渐得到了广泛应用。这种钢在轧制过程中,通过控制轧制温度和冷却速度等参数,保证钢板氧化层中Fe3O4的比例>85%、氧化层厚度≯10μm,可直接用于冲压生产,氧化皮不脱落;冲压完成后,使用抛丸方法去除氧化皮。目前,免酸洗钢的屈服强度局限于550 MPa以下,与汽车企业大量使用高强钢的趋势存在矛盾;结构件不同的深加工工艺要求免酸洗钢必须具备不同的铁皮结构和性能,如何实现多样性的氧化铁皮结构没有得到彻底解决;另外,免酸洗钢在生产和使用过程中,仍存在少量的氧化皮脱落,日积月累后,脱落的氧化皮对设备及生产环境都会产生较大影响。
3 EPS处理技术简介
3.1 EPS处理技术原理
EPS技术的基本原理是在密闭的空间内,通过特殊的装置用钢砂和水的混合物对钢卷板料的上、下表面进行喷射处理,在一定喷射力的作用下,去除钢板表面的氧化铁皮,使钢板表面光滑、清洁[1]。
3.2 EPS板材的特点
3.2.1 EPS板材表面清洁、光滑、干燥、无油渍
EPS板材表面十分均匀,有光泽,反光性较好;EPS板材可减少喷涂前的准备工作,降低了涂装前预处理温度,而且涂层附着力更好;辊压时不会有氧化铁皮粘结在辊子上,使辊压表面质量更好。
3.2.2 EPS板材表面粗糙度可调节
与酸洗工艺相比,EPS技术可以根据客户要求生产出不同表面粗糙度(不同Ra值和更低Rz值)的EPS板卷材,极大地提高了板材的涂装质量和耐腐蚀效果。
3.2.3 EPS生产线安全、环保、成本低
EPS生产线的设备成本及运行成本大大低于酸洗生产线和抛丸生产线,占地面积也比后两者小得多。EPS能替代酸洗,避免了使用危害性较大的盐酸,环保性好;与抛丸技术相比,EPS不产生烟尘,对环境无污染,且工作环境安静。
3.2.4 EPS板材抗腐蚀性好
EPS处理能够在钢板表面形成约200Å的、非常稳定的保护层,能够抑制锈蚀,因此EPS板材具有更优越的抗腐蚀性能。EPS板材表面不论有无涂油,一般在180天内不会发生锈蚀[2]。
3.2.5 EPS生产线可拉伸矫直卷材和消除内应力
卷材经过EPS生产线配备的矫直机和卷取机时,由于板料的连接作用,两个设备之间产生巨大拉力,消除了卷材的内应力,极大地方便了后续切割、冲压、剪裁等加工。EPS生产线实际上整合了表面处理、拉伸矫直和张力平整等多种类型生产线的功能。
4 EPS大梁板在我公司纵梁辊压生产中的应用
2011年,我公司正式启动了工厂搬迁建设项目。经过论证,决定纵梁生产由传统的冲压工艺改变为柔性化程度更高的辊压工艺。有两种辊压原材料可供选择,一是辊压选用黑皮钢,后续采用抛丸方法去除表面氧化皮,即黑皮钢+抛丸方案;二是直接选用EPS板,可以省掉后续抛丸工序,即EPS板方案。工艺流程分别如下。
黑皮钢+抛丸方案:辊压成型→数控冲孔→机器人等离子切割→抛丸→数控折弯→合梁。
EPS板方案:辊压成型→数控冲孔→机器人等离子切割→数控折弯→合梁。
黑皮钢+抛丸方案在技术上比较成熟,但由于增加了抛丸工序,增加了生产线长度和设备投资;并且由于黑皮钢表面仍有少量氧化皮,如果氧化皮在生产过程脱落,会对辊压和冲孔等设备部分敏感度较高的传感器的信号传输造成较大影响,造成频繁停机,降低设备的可动率。EPS板方案可以解决上述问题,但该方案当时仅有相关介绍资料,没有实际成功应用案例,存在一定的技术风险。
黑皮钢+抛丸方案的生产线。整条生产线共5道工序,长度192 m。图中的抛丸工序主要起清理板材表面氧化皮的作用,但板材抛丸后的表面粗糙度对后续电泳涂装耐盐雾性能有较大影响。随着热轧钢板表面粗糙度的增大,电泳涂层的耐腐蚀性能呈降低趋势(表1)。
从表1看出,热轧钢板粗糙度Ra为3.4~4.4μm时,电泳涂层的耐腐蚀性能相当高,甚至达到了冷轧钢板涂层级别;当热轧钢板粗糙度加大,电泳涂层耐腐蚀性能下降明显。如果采用抛丸工艺,则只有保证抛丸后表面粗糙度Ra为7.0μm以下,电泳涂层耐盐雾性能才能满足标准规定的504 h的要求。有相关资料表明,抛丸后表面粗糙度应低于漆膜厚度的1/3,要达到这种使用要求,抛丸使用的钢丸直径必须在0.6 mm以下。目前纵梁抛丸使用最普遍的钢丸直径为0.8~1.2 mm,抛丸后的表面粗糙度大多为12.5~20.0μm。如果采用Ф0.6 mm以下的钢丸,则钢丸损耗太大,导致抛丸成本大大提高。
EPS处理过程可根据板料使用要求得到不同的表面粗糙度参数,这是抛丸工艺所不具备的。经过与太原钢铁集团有限公司相关人员进行深层次的技术交流,决定采用EPS板料方案。为进一步降低项目风险,双方约定了EPS板料的技术指标、使用要求、运输条件和项目进度等。EPS板料力学性能除了能满足相对应材料牌号的基本标准以外,增加了对氧化皮清理、表面粗糙度以及防锈期的具体要求。
a.EPS清理后,钢板表面达到Sa3最高清理等级(GB8923-2011),表面洁净,完全清除氧化皮。
b.钢板表面处理完成后的粗糙度Ra为2.0~3.0。
c.包装采用防水、防潮最好的包装,确保180天内不锈蚀。
5 实际生产中出现的问题
5.1 表面锈渍
EPS板料投入生产的前3个月,板料表面经常出现无规律的锈渍。板料表面锈渍的产生大大影响了EPS板的使用效果,由于生产线没有抛丸工序,后续除锈的工作非常艰难。经过分析,造成这个问题的原因主要有以下两方面。
a.卷料包装问题。卷料出厂时,除外层铁皮包装外,里面没有防水层包装。一旦外层铁皮破损,运输过程中,雨水容易接触到板料表面,造成表面生锈。
表1 板材抛丸后的表面粗糙度与电泳漆膜的厚度、耐盐雾性能的关系 下载原表
b.气候对板料的影响,由于辊压生产车间夏季湿度经常达到90%以上,卷料打开包装后,裸露10天左右就开始生锈。
通过与板料生产厂家进行进一步技术交流,增加了包装内防水层,防止外层铁皮破损后,雨水侵蚀到卷料表面;改进了EPS生产线的防锈液配方,强化EPS板材表面防锈能力,并且增加表面涂油处理,提高防锈性能。
5.2 表面划伤
纵剪后,卷料头部的4~6 m(对应纵剪前卷料的内圈)存在严重的麻坑、麻点磕碰伤和划伤等缺陷(图6),造成每卷的前4 m不能使用,严重影响材料利用率。钢板卷料在生产厂家的EPS处理过程和后续下料厂家的纵剪过程都有重新开卷和收卷过程,都可能对卷料产生划伤。EPS的工艺流程和卷料纵剪工艺流程分别如下。
EPS的工艺流程:热轧卷上料→开卷→13辊矫直→EPS单元1→EPS单元2→EPS单元3→收卷→半自动包装→下线。
卷料纵剪工艺流程:卷料上料→开卷→引头→双辊夹送反弯辊→精校平→齐头剪板→废料收集→摆桥→对中→双机座纵剪→废边卷取→活套→预分料→涨力机组→收卷→卸料。
针对以上两个工艺环节可能对卷料造成的划伤,对两个生产厂家的生产过程进一步规定了控制要求。
EPS板料厂家控制以下方面。
a.控制带钢头部的压坑、麻坑:从麻坑发生位置分析,可能是轧钢线收卷工序辊印导致。为此,一方面需要主轧线在收卷辊子表面光洁度和收卷速度方面进行改进和控制,另一方面EPS生产线加强开卷机抛钢前的表面检查,表面检查要放在矫直机前,而不能仅放在EPS单元3之后。
b.带钢内圈划伤的改进:在建张前增加1个助卷辊始终压紧带钢,保证带钢层层紧贴,从而避免在建张时产生内圈表面划伤。
卷料纵剪厂家控制以下方面。
a.改进钢卷上料吊运使用的吊具结构,避免吊运时吊具与钢卷内、外圈发生磕碰。
b.调整纵剪线开卷机速度和钢卷张力的大小。在使用手动方式控制开卷机时,带头传到矫直机后,通过调整开卷机速度使钢卷张力的大小与钢卷的张紧程度相匹配,避免由于张力过小造成松卷挫伤板料表面。
c.控制带钢在穿带过程中各个环节(如带钢进入矫直机、圆盘剪,切边废条进入废边卷取机、带头咬入卷取机钳口等)生产线的停机时间,避免因设备停顿造成开卷机上的带钢松卷,从而进一步造成划伤缺陷。
虽然在EPS钢卷生产的各个工艺环节都采取了预防和改进等措施,划伤发生的频率有了较明显的下降,但表面划伤现象仍时有发生,需要各方面进一步采取更有效的解决措施。
6 结论
a.生产现场清洁度高,尤其是辊压和数控冲孔等对板料产生挤压或使之振动剧烈的生产工序,由于板料表面没有氧化皮脱落,对设备起到了较好的保护作用;设备的传感器等信号传递部件不会因板料灰尘的遮挡而发生失效,为设备的高可动率提供了可靠保障。
b.纵梁首、尾端切割时的烟尘量小,减少了生产过程对环境的污染;纵梁涂装前处理成本降低,减少了能源消耗。
c.EPS处理成本低于板料酸洗,整个生产线工艺流程由6道工序减少到5道工序,缩短了生产线长度,简化了生产流程,也降低了设备投资。
d.成品纵梁尺寸公差受控、质量稳定、外形美观。
e.至2015年9月,EPS大梁板已在我公司应用达1年时间,累计生产中、重型载货车车架纵梁及内加强板6万余件,实现了预期的规划目标。
发布时间：2024-12-31
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