为了有效提高抛丸除鳞效率, 利用有限元数值计算了弹丸冲击速度对鳞层破坏面积、基体塑形凹坑及残余应力的影响行为。数据显示：鳞层在很小的速度 (5 m/s) 冲击下即可发生破坏, 不锈钢钢丸冲击速度越大除鳞面积越大, 同时也会造成基体应力/应变增加。弹丸冲击下鳞层失效区域由两部分构成, 分别为弹丸冲击引起的直接失效区域与铁基体形变传递引起的间接失效区域, 后者呈星状拓展。基体残留的塑性凹坑深度与冲击速度大致呈一次线性关系。现场实际生产中, 应在满足表面粗糙度与残余应力要求的基础上选择较大的冲击速度。

热轧带钢在冷轧或镀锌工序前, 需经酸洗将表面氧化铁皮 (俗称鳞层) 去除, 以保证产品表面质量与机械性能。传统的酸洗线利用药剂的化学反应能力将氧化层反应去除, 设备占地面积大, 可控性差, 普遍存在过酸洗、欠酸洗与氢脆问题, 且工人劳动环境恶劣, 废液排放会造成严重的环境污染，为解决这些技术难题, 学者们长期致力于无酸除鳞工艺的研究与开发。抛丸除鳞具有绿色无污染, 处理速度快, 可控性强, 能灵活实现串联组合, 丸料可循环使用等优势, 其工作原理是:弹丸高速冲击带钢表面, 由于铁基体弹塑性较好而表面鳞层不具有塑性且破坏强度较低, 当变形大于破坏强度时鳞层便破裂并从带钢表面剥离。

基于抛丸除鳞的原理, 用钢砂与水的混合浆料取代弹丸研发了一种EPS除鳞系统, 处理后带钢表面洁净度优于传统酸洗, 已获得投产应用。国内学者郑丽华利用计算机模拟技术优化了除鳞导板位置, 提高了抛丸除鳞的均匀性。张志强结合现场数据, 分析了弹丸速度、粒径对不锈带钢表面粗糙度的影响, 指出减小弹丸速度可降低表面粗糙度。叶永生等通过实验发现弹丸材质、弹丸流量对除鳞效果影响很大, 材质对带钢表面粗糙度影响大于流量。

通过实验发现带有棱角的钢砂除鳞效果优于钢丸, 并指出弹丸的速度、流量对除鳞效率和表面粗糙度有直接影响。李旭初对除鳞现场数据进行分析, 发现钢砂、钢丸混合料的除鳞效果优于纯钢丸, 且处理后带钢表面粗糙度更小, 吨钢丸料消耗量更低。Gao等建立了干、湿除鳞有限元模型, 并分析了不同速度、粒径与冲击角度下的破坏效果, 发现带钢表面应力/应变与弹丸速度近似成一次线性关系, 且湿式除鳞带钢表面应力/应变更小。任玉军等建立了单弹丸垂直方向冲击鳞层有限元模型, 认为速度为40m/s-75 m/s时可侵彻0.5 mm厚的氧化层。

这些研究, 特别是EPS除鳞系统的市场应用, 已论证了抛丸除鳞取代传统酸洗的可行性。如何提高除鳞质量、控制吨钢处理成本是该技术向普碳钢市场推广应用的关键, 同时也是现场科研人员的主要攻关课题。在抛丸除鳞工艺研究与优化中, 弹丸冲击速度是最为关键参数之一, 同时也是学者们研究的重点, 一方面是因为弹丸速度对除鳞效果及表面粗糙度影响巨大, 另一方面速度也是系统能耗的重要参考指标。由于生产线上大量抛丸同时高速冲击破坏带钢表面鳞层, 且氧化层厚度极薄, 难以在现场捕捉到单个弹丸冲击下鳞层的破坏行为。学者们借助有限元软件对单抛丸冲击进行仿真, 并积累了一定的经验。