不锈钢的表面加工－制造方法与用途

不锈钢的表面加工－制造方法与用途
制造方法及表面

一、不锈钢板的表面

（一）概要

    JIS标准中规定的不锈钢板表面加工示于表1。目前除JIS标准外，还有各种表面加工，本文将简单介绍包括这些加工在内的各种加工。

    （1）退火酸洗表面

     热轧钢板、钢带经退火酸洗的表面称NO.1加工；在冷轧钢板、钢带时称NO.2D加工；酸洗后用镜面加工的辊子经（0.5％～2％）轧制后称NO.2B加工。

    （2）抛光加工

    a  布纸抛光
    用粘附剂粘附，制成无接头抛光材料并使之旋转，对钢带和钢板进行抛光加工称NO.3、NO.4加工。

    b  抛光加工
    把粘附剂均匀磨料的圆盘状布叠合制成辊状，使之旋转进行抛光加工。这种抛光主要是为了给予制品光泽。由于磨削性低，故用上述工艺加工时应预先充分除去粗糙表面。

    c  发纹（HL）加工
    用固定的布纸抛光带或低速通过板带的加工。该法大多用建筑材料。在这种状态下，由于在屋外易被小盐粒粘附而生锈，故有时要进行涂层。

    （3）轧制（强化或压花）表面
    由于不退火有时仅在对冷轧脱脂的状态下使用，主要用作弹簧和高强度材，而带有凹凸的辊子的压花加工也是这一种。

    （4）涂层加工
    不锈钢进行涂层加工时必须经过涂装前处理，前处理就是进行化成处理，其次进行涂底色。表层涂料使用硅变丙烯基涂料、硅变性聚脂涂料、氟涂料和硅涂料等。

    （5）电镀
    不锈钢本身具有优良的耐蚀性，所以很少为了改善耐蚀性而采用电镀，但有时为了装饰不得不采用电镀。在不锈钢电镀时，首先要除去钝化膜并且必须防止其再生。

    （6）化学着色

    a  染黑色
    该法用于相机部件和精密机械等小部件。是将部件浸于约400℃的溶融盐中，使其生成氧化膜方法和带硫化黑色膜的方法。

    b  回火色
    不锈钢在大气中进行300～900℃加热时氧化膜的厚度随加热温度变化，出现干涉色显示出各种颜色，金黄色已用于摩托车的消音器。

    c  INCO着色
    该法是用化学制作透明氧化膜的方法，其厚度约0.1～0.3μm，而钝化膜为0.001μm。控制氧化膜的厚度可显出特有的各种色彩，在浴槽等方面使用。

表1  JIS标准规定的不锈铡板及钢带的表面加工

(二)退火表面

    以下按照顺序介绍不锈铜板、带在熔化精炼后的制造工艺。

    板坯铸造

    现在几乎所有的不锈钢都用连铸机进行铸造，将钢水流进水冷的铜结晶器中连续拉引。板坯厚度约为140-200mm，宽度一般为900~1600mm，连铸坯根据用途可以切成5~12m的长度。

    结晶器以每分钟上百次的频率上下运动，以使结晶器与钢水不发生粘连，这种运动被称为振动。由于这种振动，在铸坯表面生成称为振痕的数毫米间距的波纹，近年 来采用了高频振动低振幅的工艺。另外，在钢水的表面加铸造用保护渣，这不仅隔断了表面与大气的接触，而且在结晶器与不断凝固的钢壳间形成熔融的渣膜，具有 润滑作用。

    铸坯的表面质量对后步工序的表面质量和合格率影响很大，改善这些铸造条件可望使铸坯的表面质量得到改善。

    例如浇铸温度在1500℃高温时，目标温度必须控制在10℃以内，否则表面会发生裂纹和夹杂物残留在钢坯内部使质量恶化。

    铸坯表面的微小缺陷用砂轮机除去后进行热轧。

    热轧

    软质金属(金、银、铅等)没有必要热轧，但钢铁需进行热轧，其加热温度奥氏体系钢约为1250℃，铁素体系钢约为1180℃。高温加热时钢质柔软，加工硬 化也少，易轧制。但不锈钢的热加工变形抗力是碳钢的二倍以上，轧制比较困难．含高镍和含氮的不锈钢其变形抗力更高，故轧制更为困难。因此，从容易轧制的观 点考虑，希望加热温度高，但是在表面质量方面由于过度的表面氧化成为表面缺陷的原因。因此，加热温度不能过高。总之，在热轧时，如何在温度不下降的过程中 结束轧制是最重要的。

    热轧机有串列式轧机和可逆式炉卷轧机等。串列式轧机是在温度不降低的过程中进行高速轧制的方法。可逆式炉卷轧机是具有保温炉并配置卷取机的精轧机，是一种 可一面保温—面进行轧制的轧机。热轧时钢带出炉后高速运动，因此，如何使钢能稳定地高速运动是热轧技术的一个关键问题。

    热轧可分为粗轧和精轧两种。粗轧机是把板坯厚度轧制到25mm左右厚度的设备，精轧机是把粗轧后的钢坯轧成约2~9mm卷板的设备。

    加热时，在板坯表面会产生铁鳞，可用控制加热炉炉内气氛和火焰的方法来控制铁鳞的生成，还可以在粗轧前用高压水冲洗铁鳞，但这并不能完全去除。在精轧时， 也是与薄铁鳞—齐进行轧制。可以说有铁鳞存在能解决不粘结轧辊的难题，而薄规格的硬钢种轧制时，易发生粘结轧辊的缺陷。另外，不管采用何种轧机，随着轧制 的进行都会发生轧辊的磨损。若磨损不均匀，有时轧辊表面也会出现花纹，因此轧辊的磨损和表面的管理也是热轧技术的另一个关键问题。

    退火酸洗

    热轧终了的卷板仍粘有铁鳞，铸态组织虽然消失，但却处于若干的加工硬化的状态，还会有碳化物析出，因此，要进行退火和酸洗。奥氏体系钢带的退火酸洗在连续 退火酸洗线(AP生产线)上进行：铁素体系的热带退火，必须长时间的加热和缓冷，故退火在钟罩型间歇式炉内进行，只有酸洗在AP生产线进行。退火酸洗使不 锈钢表面发白，耐蚀性也成为基本特性，热轧后在退火酸的状态，用加工记号表示称为NO.1加工，厚板轧制后，退火酸洗的状态也用加工记号NO.1加工表 示。

    在NO.1加工的卷板上复印着热轧辊表面的状况，因此，作为表面光沾度几乎都是其轧辊表面的光洁度。选择热轧辊材质时应选择表面难形成桔皮缺陷的材质，当然压痕也应注意。

表1  SUS304钢板经各种加工的表面光洁度实例

    去除热带的铁鳞，一般采用机械方法与化学方法相组合的方法。机械方法有喷丸清理、破鳞清理和钢刷清理等方法。由于龟裂都在铁鳞层里，所以这些都是易于去除 的处理方法。近几年来在退火酸洗线亡大多装有喷丸清理和钢刷设备。喷丸清理设备根据粒度的选择可以使表面具有柔软的性质，钢刷装置可以去除铁鳞的粘附和再 粘附，但由于发亮的原因大多不使用NO.1加工方法。

    化学的方法就是一般称作酸洗的方法，大多采用硝酸与氢氟酸的混合酸清除铁鳞，但也有把盐酸和硫酸单独或混合使用的情况。

    对易出表面缺陷的钢种，也可用砂带抛光机去除表面缺陷，然后再喷丸酸洗，这样可得到近似于NO.1加工的色调。

    冷轧、退火酸洗

    把热轧卷板进行冷轧，然后再退火酸洗的工艺称NO.2D加工。冷轧辊比热轧辊硬度高、组织细，抛光也是用细粒度号进行加工。由表1可知，NO.2加工的表 面光洁度比NO.1加工细，为了使冷轧的表面更好，必须对总压下率、各道次的压下率的分配、辊抛光粒度及轧制油等进行研究。

    冷轧后，钢带要进行退火酸洗，冷轧带的制品其退火铁鳞不如热带坚固。所以，在制品退火酸洗线不用机械除鳞法，而是浸渍在碱性盐、中性槽中，尔后再用硫酸电解、王水或硝酸与氢氟酸的混合酸等方法去除。

  平整轧制

  平整轧制就是在退火酸洗后，使用大直径的镜面加工轧辊进行0.2％～2％压下加工的方法。平整轧制的目的是为了防止在铁素体系不锈钢进行称之为滑移线的加 工时，发生的斜纹缺陷；在奥氏体系不锈钢时增加光泽，表面比2D光泽，称NO.2B加工。其表面显示出稍白的光泽，是最致密的表皮。快餐店的计算器大多是 使用这种表皮的钢板制作的，这种白色是由残留在表面的一些晶界的痕迹乱反射造成的。

    光亮退火(BA)

    光亮退火由于是在惰性气体中退火，所以不需要酸洗而能得到轧制状态表面。惰性气体使用氨的分解气体(氮与氢的混合气体)和纯氢气。加热使用电加热或用辐射 管炉(把加工成蛇腹状的耐热钢的筒置于燃烧炉中的装置)式的加热，而冷却是在炉内吹进惰性气体冷却，待到常温后再把钢带取出炉外。

    为得到良好的表面，在退火前应充分除去润滑油之类的附着物和防止外部气体的浸入并尽量把气氛的露点控制到最低，这是最重要的。

不锈钢的应用

不锈钢不但具有良好的耐腐蚀性能，而且具有良好的外观等多种特性，不锈钢的应用范围越来越广泛。下表是关于不锈钢的应用方面的简单事例图：

1.不锈钢在建筑业中的应用

近年来，应用不锈钢作为建筑材料正日益广泛。使用越来越广泛有着多方面的原因，其中包括对材料更好的了解、企图更新某些设计，设想生产出一种既耐久又无需维护的结构材料等。

早期，不锈钢用于建筑方面只局限在某些场合，即在过去认为没有适当材料的场合建筑师们正在寻求一种有特殊作用的新材料。 实际上许多这样的场合，不锈钢已长期被使用而其效果已经经过长期不断地对不锈钢的冲刷作用，使生产厂家相信不锈钢材料用于室外场合甚至在高腐蚀性气体的条 件下也不腐蚀。

由于不锈钢具有耐用和几乎无需要维护表面这两种特性，促使人们较以往任何时候都更加重视其应用。大多数建筑材料的价格都 在一定比例迅速上涨，而有许多材料的涨价又远远超过不锈钢材料。为保养和维持建筑物内外结构处于良好状态的费用更加猛涨得惊人。今天的建筑师必须认真地考 虑建筑物的全部情况。如果建筑物长年需要更换或维修，那么建筑师的设计是失败的。

近年来，游泳池的墙壁已采用不锈钢。长期以来采用的主要材料混凝土需要每年修补和涂刷，尤其是在北方地区．用碳钢并加涂 层建造的游泳池每年也需要大面积的擦洗和涂刷，上述两者都增加了游泳池一笔可观的使用开支。当游泳池采用不锈钢材料（304型，2B光洁度）做侧壁时，擦 洗就很简单，只需用水和肥皂便能很快洗净。现在的游泳池常常采用不锈钢槽壁和混压土池底，池底用混凝土主要是为了防滑。

某些建筑物的墙壁用304型，8级镜面抛光的不锈钢作材料。互相连接的不锈钢板都经过抛光和着色打磨使墙壁具有一致的色 凋和反光性。为了防止油垢，大面积的不锈钢板的露出部分（茸脚）安装在由使镀锌板和压缩板组成的厚夹层中。抛光的不锈钢板用环氧树脂作粘结剂与镀锌钢板连 接固定。

由干不锈钢能得到很软的性能，使它右可能用来作屋顶覆盖层材料。正是因为这种材料容易成形，耐用美观，故许多建筑师选用不锈钢不仅单纯把它作为一种保护层，而是作为总体设计的组成部分。

某些建筑物（室内滑冰场管）用不锈钢材料建造永平重叠层的屋顶，不仅使该建筑从设计的观点上美观大方，而且由于不锈钢表面的反光作用，使室内滑冰季节得以延长而兔去承担不合理的投资。

对于某些特殊结构，往往由于应用不锈钢使许多难题得到解决。比如有一座汽车库，设计时要求停车库对停放汽车不仅要有保护 作用且对排出气体具有良好通风作用；同时还能使一定程度的阳光进入车库，选材既经久耐用又无需保养。为满足上述要求，设计者选用 6*10in(15*25cm)201型不锈钢格板,将格板固定在垂直柱子上，使内外交错造成重叠布局．为增强建筑设汁效果，交错的外格板上采用浮面光洁 度，外围的成行柱格板采用普通2B光洁度，所有里面的格板均为2D光沽度。这种交借变化的格局使车库具有一个生动的外观。

对于一座建筑物的屋顶结构，其使用寿命和外观应同样重视。在机场的餐厅，为了使屋顶美观，排气风扇都用不锈钢板遮盖。在 选择遮盖材料时，还特别强调了材料的不反光性。所选用的村料为304型不锈钢，粗抛光，低反射性，6级光洁度。对于光沽度的选择要特别注意到特别由于发出 眩光，防碍飞行员在到达目的地着陆时的视线。

办公大厅的内外建筑给构中都采用了不锈钢材料。其建筑措施采用不锈钢作幕墙。建筑入口处的柱列都包上不锈钢板，建筑物正面所有窗户的净化装置也都途盖上不锈钢。

办公大厦休息厅上面的无花板是由带有浮雕的不锈钢板组成。利用阳模和阴模冲制不锈钢薄板上的浮凸部分．

不锈钢不仅使用寿命长，而且是制作俘凸给构的好材料，这样可以加强建筑物的造型美，故往往是广场的主要标志。

不锈钢作为主要材料用于室外艺末建筑的另一例子是矗立在河畔上有名的拱桥。

不锈钢材料可以任意选择。它具有多种不同的强度－重量比以适应各类建筑结构要求。此外，不同等级的表面光洁度也为各种不同建筑设施提供选择范围，以满足实际需要。建筑师的大胆构思，将使不锈钢在建筑业上的应用日益广泛。

2.不锈钢在海洋装置上的应用

各种不同类型的不锈钢正在日益广泛和成功地用于各种不同的海洋环境中。必需指出，在海水中不锈钢要长期免于腐蚀需要复杂 的防腐工程技术和大量投资。奥氏体和马氏体不锈钢很久以来就用于航海动力装置上的过热器管道以及透平机叶片。在这些装置中要保持低氯化物含量是很不容易 的，因为航海动力装置的应用技术与一般发电装置的基本原理并无差别。不锈钢也正在用于远洋商船上的大容量化学容器，其使用情况在某些方面与陆地化工厂的使 用条件截然不同。

大多数不锈钢牌号在海洋条件下应用都能得到满意的结果，但不同牌号则对应力腐蚀开裂表现敏感。以410型为代表的马氏体 钢和430型为代表的铁素体钢，在海洋条件下，数月内便会生锈。这种均匀锈蚀可通过机械打磨加以去除。比较受欢迎的不锈钢是奥氏体不锈钢，因为它的抗锈蚀 能力较强（但由于应力腐蚀开裂则例外）。随着时间迁移，奥氏体不锈钢也会发黑。如果由于美观或其它方面的原因，这种发黑也可以通过打磨去除。不锈钢在海水 中很少会产生均匀锈烛，所以在实际使用中可不必担心。

推进器 海洋上的拖轮和其它船只上的推进器可由铸造不锈钢CF－8（相当干304型不锈钢）制成。当船只不航行时，从推进器主轴通过轴承到船体，构成一个导电的金属回路。相当于成分为410型不锈钢的铸造推进器也经常披选用，并在其它方面得到广泛应用如用于破冰船等。

近代不锈钢技术的发展，已开始采用复相奥氏体－铁素体不锈钢 20Cr－8Ni－3.5Mo来铸造远洋巨轮上大型推进器（重达3000kg）。

经常在港口工作的船只，特别容易遇到海面上的原木或其它浮体而加速推进器的损坏。因此，采用奥氏体不锈钢制作推进器能通过矫直或焊接的办法而得到修复，这是选材上一个值得重视的问题。

泵 早已观察到离心泵在海水工作的条件下，如采用不锈钢构件，则能显示出一定的可靠性。在保持流动的海水中，采用CF—8M铸造不锈钢叶轮（其成分相当于 316型不锈钢）以及用316型不锈钢作主轴，可以不出任何问题。当水泵停止工作时，缝隙腐蚀和点腐蚀很可能就成为严重问题。但如果来用较为活泼而又易锈 的铸铁制造一个壁厚相当大的泵箱时，则铸铁在停机时间能起到阴极保护作用。当泵工作时，铸铁箱的阴极保护作用下一定能使下锈钢极化，但流动的水维待了阴极 保护作用。此外，长期工作的泵可能由于交替使用，既有时海水更换成淡水而起到防护作用。

散装容器 不锈钢一直被用来作为货运中的散袋容器，用以装载液化天然气体（LNG），化学药品、饮料等。货运中盛LNG的容器习惯采用304L型不锈钢，其目的不是为了耐腐蚀而是考虑到在低温状态下的机械性能。

对于海运化学制品的容器，采用不锈钢的目的主要是考虑到它的耐腐蚀性，这与陆地化学制品的储运是不同的。如果船只属于一 般不定期货轮，则运载化学制品的容器也可以运输任何物品，从醋酸、糟浆到二甲苯。一般都用316L型不锈钢作阀门、货运泵、管遭、加热盘管以及容器本身。 容器可以由整体不锈钢组成或用碳钢包复上一层0．06～0.08in （1.5—2.0mm）的不锈钢板制成。在使用之前，必须进行细致的检查板材是否有缺陷并进行彻底的清洁处理和钝化处理。

实验表明装有化学制品的客器允许用海水进行冲洗，但随后必烦很快用淡水冲洗。对于在容器内的任何不锈钢加热装置，当氯化 物未彻底冲刷掉以前，切莫启动以防产生应力腐蚀开裂。化学制品容器设计时，不应考虑用来盛海水因为这样做会导－致产生缝隙腐蚀的危险。如果设计方案中规定 非用来盛海水不可，那么就必须考虑采取阴极保护系统以控制缝隙腐蚀的发展。在这种情况下，不锈钢容器可能会产生难以去除的石灰质沉积物，这是一个值得重视 的问题。

热交换器 强迫水循环系统的冷却器和电站蒸汽冷凝器已广泛采用奥氏体不锈钢管道，后者的进水口因高度污染而不宜采用铜合金材料。比较受欢迎的好材料为316型不锈 钢。在海岸和港湾地区，大量外来的团块和淤泥进入冷凝器管道，特别容易造成严重障碍，这种情况必须采取措施加以排除。一种合理的措施就是采用橡胶球循环通 过管道中，由于橡胶球能产生挤压作用从而清理了管壁。当海水的流动速度大约为1m／S时，便可以防止海洋有机类杂物被吸入，从而保怔了冷凝器管道免于产生 点腐蚀。不同于其它有色合金，采用不锈钢作冷凝器的管道则不受最大流速的限制，但却与整个泵装置的经济效果有关。

O形密封圈 串联式电连接器和有关O形密封圈定位装置都广泛采用304型和316型不锈钢制造，特别是海洋和军事工程。采用上述材料都能得到满意的使用效果。O形密封 器可通过船体，铝架或其它因素得到阴极保护作用。如果没有阴极保护作用，O形密封圈的细糟很快（有些在数周内）就会产生缝隙腐烛而导致严重失效。