Шлифовка и полировка нержавейки после резки: зернистость по шагам и шероховатость Ra

Как выбор вспомогательного газа влияет на кромку, мы разбирали в статье про газы при лазерной резке, а выбор самого круга и его маркировку в материале как выбрать шлифовальный круг. Здесь о другом: что делать с деталью из нержавеющего листа после станка, по каким ступеням идти и чем заканчивать.

Что остаётся на кромке после резки

Состояние кромки определяет способ резки. Азот при лазерной резке даёт светлую кромку без оксидов, но на толстом листе возможны грат и мелкая шероховатость. Кислород и сжатый воздух оставляют оксидную плёнку: на нержавейке это потемнение или цвета побежалости в зоне термического влияния. Для сварки, покраски и тем более для видимых мест плёнку снимают. Подготовку поверхности перед покраской и сваркой мы разбирали в статье про лазерную очистку, а о том, как лист потом гнут, в материале про детали из листового металла.

Гидроабразивная кромка термического слоя не имеет, но матовая и шероховатая, а после плазмы на кромке остаётся плёнка, которую нужно убирать до чистого металла. В любом случае первая ступень задача одна: снять грат и плёнку, не перегрев деталь и не оставив глубоких рисок, которые придётся выводить следующими номерами.

Чем нержавейка отличается от углеродистой стали при шлифовке

Ассоциация ASSDA в рекомендациях по финишной обработке называет пять свойств, из-за которых привычный подход к конструкционной стали здесь не работает.

• Высокая прочность. На съём металла нужна большая мощность, чем на обычной стали.
• Высокая твёрдость поверхности. Она определяет выбор абразива и поведение круга в резе.
• Низкая теплопроводность. У нержавеющей стали типа 304 она около 14,4 Вт/(м·К) при 20 °C, у углеродистой с 0,5 % углерода около 54 (по Engineering ToolBox). Тепло остаётся в зоне шлифования, цвета побежалости становятся заметны при 250 °C, а тонкий лист коробится.
• Быстрое упрочнение. Аустенитные марки наклёпываются: затупленный абразив не режет, а мнёт поверхность, а остаточные напряжения в слое могут повлиять на стойкость к коррозии.
• Чувствительность к загрязнению железом. Круги и ленты нельзя использовать на другой стали: частицы железа остаются на нержавейке и серьёзно снижают коррозионную стойкость.

Магнит марку нержавейки не доказывает: аустенитная сталь становится слабомагнитной после наклёпа (гибка, штамповка), а мартенситные и ферритные марки магнитятся всегда. Для спора берут сертификат, химический тест или рентгенофлуоресцентный анализ. Термообработкой аустенитная сталь вроде 12Х18Н10Т или 304 не упрочняется, только наклёпом.

Какую шероховатость можно получить

Стандарты задают финиши не только внешним видом, но и значением Ra. Типичные значения из таблицы BSSA по EN 10088-2 и из брошюры производителя листа Outokumpu:

Для сравнения: типичная поверхность 2B на трассировке ASSDA даёт Ra 0,20, а лента P180 у Outokumpu даёт Ra 0,6–0,9 мкм. Нетканый круг типа Scotch-Brite на листе 2B оставляет Ra 0,1–0,4 мкм. Но соответствие зернистости и Ra не жёсткое: влажная полировка даёт более гладкую поверхность, чем сухая при той же зернистости, а метод и давление меняют результат сильнее, чем одна ступень номера.

Планку 0,5 мкм стоит запомнить отдельно. ASSDA приводит электрохимические испытания, по которым при Ra выше 0,5 мкм коррозия поверхности заметно ускоряется. Для наружных деталей и пищевой посуды это означает, что хорошо смотреться недостаточно: нужен ещё и результат по Ra, а не только по блеску. Сам ASSDA оговаривает, что Ra умеренно связана с видом, поэтому для видимых деталей согласуют образец, а не только число. Перевести Ra в Rz можно в калькуляторе, а как выглядят и где нужны Ra 0,4 и Ra 0,2, написано в справочнике.

Цепочка зернистости: от грата до сатина и зеркала

Зернистость указана по шкале P (лепестковые круги, ленты, шкурка). Правило ASSDA: идти ступенями и менять направление движения на 90° на каждом номере, чтобы было видно, остались ли риски предыдущей ступени. Начальную ступень берут такой, чтобы за один-два прохода убрать главный дефект.

В колонке Ra значения без ссылки на производителя приблизительные: соотношение зависит от давления, скорости и состояния абразива, а паспортов на конкретный круг у нас нет. Для зеркала ASSDA описывает двухстадийную полировку войлоком: сначала паста с очень мелким абразивом (порядка 300 по размеру зерна) на круге без приклеенного абразива, затем цветная паста.

Если лист уже матовый после проката, ASSDA советует стартовать с P80–P100, а для предварительно шлифованной поверхности взять зернистость примерно на 20 номеров мельче последней шлифовальной. В цепочке для сварного шва ASSDA приводит такой порядок: шов зачищают кругом, затем P80 и P120, при необходимости P150, двигая круг вдоль шва, чтобы риски легли в направлении исходной полировки листа.

Расчёт: какие обороты ставить на шлифмашину

Допущения: угловая шлифмашина с кругом 125 мм и паспортными оборотами 11 000 об/мин, лепестковый круг; зачистка кромки нержавеющего листа. Окружная скорость равна π·D·n / 60. Для 11 000 об/мин: 3,1416 · 0,125 · 11 000 / 60 = 72 м/с, или 4320 м/мин.

ASSDA называет для сплошных кругов, которыми шлифуют нержавейку, окружные скорости порядка 1500–2000 м/мин (25–33 м/с), а для полировки до 2500 м/мин. Подставим 2000 м/мин (33,3 м/с): n = 2000 / (π · 0,125) ≈ 5093 об/мин. Для 1500 м/мин получаем около 3820 об/мин. То есть привычные 11 000 об/мин в 2,2 раза выше верхней границы рекомендованного ASSDA диапазона. Эти значения относятся к кругам на связке; для лепестковых и лент производители указывают свои пределы, поэтому берут ту скорость, которая не даёт перегрева на вашем материале. Если появились синие пятна, первым делом снижают обороты и давление.

Для войлочного круга диаметром 250 мм при 2500 м/мин: n = 2500 / (π · 0,25) ≈ 3183 об/мин. Для таких режимов нужна шлифмашина с регулятором оборотов.

Типичные дефекты и причины

Шлифовка сама по себе защитный слой нержавейки не уничтожает, если не вносить постороннее железо. Для усиления стойкости применяют пассивацию в азотной кислоте (она растворяет сульфидные включения и не меняет вид) или травление, которое сильнее и матирует поверхность. Практически в мастерской чаще используют пассивацию по ASTM A967; о том, что это за процесс, написано в словаре, статья про пассивацию.