CN1015234B - 用于表面轧制的毛面轧辊及其制法 - Google Patents

Abstract

一种工作轧辊在其表面具有规则的几何图形的不平整毛面区。每一不平整毛面区由波峰和波谷组成并具有火山口形状。为了得到好的表面轧制的效果，该波峰环绕波谷边呈环形，根据本发明，不平整毛面部分的排列形式是由不平整部份的环形峰的直径所决定的，这样来得到一种最佳结果即在涂上油漆、塑料漆(瓷漆)等等涂层后能得到高图像清晰的壳体或类似物。

Description

本发明总的涉及用于轧机的工作轧辊，例如冷轧机。本发明也涉及到制造工作轧辊的方法和设备，更为具体地说本发明涉及到一种工作轧辊，这种工作轧辊是粗糙度受到控制的、具有几何图形不平整毛面部分的工作辊，被用来在轧制工序中作为平整轧辊以生产金属带材、薄板或板材，这类带、薄、板材具有改进的利于涂敷涂层的特性，例如油漆、涂塑等等。更为具体地说，本发明关系到一种工作轧辊和它的生产，这种工作轧辊适宜于金属带材、薄板或板材的生产，而这种材料是适宜于作为机动车汽车喷漆（上涂料）壳体和电气用具的彩色装饰外壳等等用途的。

作为喷涂（上涂料）的金属板材的典型例子的冷轧薄钢板通常是将冷轧钢材依次经过脱指、退火、和表面轧制而制成的。在这种情况下，表面轧制是通过具有毛面的工作轧辊进行轻微的轧制，给于钢板的表面在压制成型生产过程中一种适当的表面粗糙度来提高板材的抗磨擦力。

当这类金属板，薄板或带材被用来制造汽车的壳体时，尤其是外壳时，油漆（涂层）后的最后观感对车体的评价来说是一种十分重要的因素，因为车辆的外观（外表）质量是直接吸引顾客的注意的。决定涂层金属带材、薄板、板材质量的因素很多，在诸多因素中，尤为重要的一个因素是要有一种能减少油漆面漫反射的光泽度和具有很小的图象扭曲的清楚性。这种光泽度和清楚性的结合称为象的清晰度。

众所周知，油漆表面的象的清晰度取决于油漆的种类和油漆的工艺，但是，材料金属薄板、面板或板表面的粗糙度对它有很大的影响，以下“金属薄板”一词将用来指各种类型的金属制品，包括金属带、金属壳体、金属板等等。换句话说，当在薄钢板表面上平整表面占据的比例较少而不平整的表面占据较大，这样在油漆过的面上平整部分占据的比例就较小而不平整的比例较大。因而引起了光的漫反射而降低了光泽度和象的清楚性，从而降低了象的清晰度。

一般地说，金属薄板表面的粗糙度通常是以中心线的平均粗糙度Ra来表示的。此外，众所周知的是中心线平均粗糙度Ra越大，波峰和波谷之间的高度差值越大，因而油漆表面的不平整越大而降低了象的清晰度。

当金属薄板用通常的喷砂处理或电火花处理过的毛面工作轧辊进行表面轧制后，它表现出一种不规则图形的不平整毛面部分，即如上所述的不规则排列的波峰和波谷，其中平整部分只占表面积的极小比例。当对这种金属薄板进行油漆时，经油漆的平整分部的比例变小，因为涂敷是沿着表面轮廓形成的。

为了解决已有技术中的上述问题，提出了一种用激光束来对工作轧辊进行表面处理的方法。这种对工作轧辊用激光束表面处理的方法例如已公开于日本专利昭和56-160892的第一次公开（未审查），日本专利昭和58-25587第二次公告（已审查），日本专利昭和54-61043第一次公开，和日本专利昭和55-94790第一次公开。但是这种以前提出的工艺并不总是能保证工作轧辊表面有令人满意的质量的。先前提出的工艺中所遇到的一个问题是，工作轧辊的表面处理质量随着工作轧辊本身的条件而波动。这总味着在某些工作轧辊条件下，用激光束处理过的工作轧辊表面的特性不能用于这种类型的表面轧制。

本发明的目的是提供一种用于表面轧制的工作轧辊，这种工作轧辊在生产金属薄板方面具有改进了的特性，这种金属薄板经油漆、涂塑或这类加工后，能得到满意的象的清晰度。

本发明的另一个目的是提供用来制造本发明的工作轧辊的方法和设备。

为实现上述的和其它的目的，本发明的工作轧辊在其轧辊表面上具有一种有规则地和成几何图形的不平整的毛面部分。每一不平整的毛面部分由一波峰和一波谷组成，成火山口状。为了得到好的表面轧制效果，该峰顶的形状成围绕着波谷的边缘伸展的环形。根据本发明，不平整的毛面部分的排列形式是联系到不平整毛面部分的环峰的直径来决 定的，以便在油漆、涂塑或诸如此类的加工后令人振奋的高的象清晰度方面的最佳效果。

更为具体地说，根据本发明这种工作轧辊尤其是用来直接生产一种金属薄板，这种金属薄板的特点是其平均中心线表面粗糙度Ra在0.3至3.0μm范围内，组成表面粗糙度的微观形状包括具有平顶面的不规则四边形波峰部分，凹槽样波谷部分这样形成的槽围绕着波峰的全部或一部分以及其在波谷部分外面、波峰部分之间的中间平的部分，这种中间平的部分高于波谷部分的底部，低于或等于波峰部分的顶面，它们满足以下关系：

0.85＜Sm/D＜3.0

Sm-D＜450μm

30＜do＜500μm

20-η＜95%

其中Sm是相邻的波峰部分间的平均中心距，D是波谷部分的外周界的平均直径，do是波峰部分平顶面的平均直径，η是波峰部分的平顶面的面积和中间平的部分的平表面面积两者之总和对整个金属薄板的面积的比值。

另一方面，为了使上面提出的工作轧辊的特性最佳化和为了实现上述规格的工作轧辊，该环形波峰的直径D是这样来决定的，即联系到邻近的不平整毛面部分间的中心对中心的距离Sm来决定以满足这种条件即Sm/D的比值在0.85和1.7的范围内以及Sm-D的差小于280μm。此外该波峰具有硬化的表面层。

在另一方面，为了制造上面提出的用于表面轧制的工作轧辊，激光束的能量密度选择在最佳值。这种制造工作轧辊的工艺可以包括用低温处理的方法来硬化轧辊表面的波峰表面部分的步骤。

根据本发明的一个方面，一个用于对金属薄板进行表面轧制的工作轧辊包括由相互隔开一定距离的多个不平整部分组成的圆周表面，每一不平整部分由一凹陷以及一环绕着凹陷的环形突起组成，该不平整部分被安排成具有一种比值，即在相邻不平整部分间的中心到中心的距离和不平整部分的外部尺寸的比值在0.85至1.7的范围以及该中心到中心的距离和外部尺寸之差小于280μm。

这种工作轧辊在至少相当于凸起部分的地方具有硬化表面层。在不平整部分的工作轧辊的表面部分由多个不同结构的层组成，它们包括第一的最外层具有一给定的马氏体比率，紧接第一层的第二层包含有马氏体和碳化合物以及第三层包含有马氏体和碳化物。第一层的厚度为5至30μm，第二层的厚度为5至30μm，第三层的厚度为5至30μm。第一层还包含有一给定比例的奥氏体。如果需要，在不平整部分的表面部分在第一层上具有一表面覆盖层。这种表面覆盖层可以由镀层构成。这种镀层最好是以铬组成。

在另一方面，该工作轧辊具有一在表面轧制过程中与支承轧辊实际相接触的接触区域，在这一接触区域上，施加的压力低于1000公斤/平方毫米。

根据本发明的另一方面，一种使用于金属薄板表面轧辊的工作轧辊毛面化的方法，这种方法包括以下的步骤：

提供一种待毛面化的材料轧辊和支承这材料轧辊;

驱动激光器用激光束来照射材料轧辊的外周面的预定部位以形成一不平整的部分，这一不平整部分由凹陷和围绕该凹隐的环状突起组成，该激光束的能量密度调整在5×10至9×10W/cm的范围内。

对毛面化的轧辊表面进行零下低温处理以便化不平整的表面层。

该方法还包括下列步骤：以预定的旋转速度驱动材料轧辊，使形成多个在圆周上排列成行的不平整部分;

使材料轧辊和激光器之间通过轴向相对位移来轴向地移动照射点以形成多人在轴线方向相互隔开排列的不平整部分。

实际上，该方法是由互相隔开一定距离的多个不平整部分组成的圆周表面，每一不平整部分由一凹陷和围绕凹陷的环状突起部分组成，该不平整部分被安排成相邻的不平整部分之间中心到中心的距离和不平整部分的外部尺寸之间的比例在0.85至1.7范围之内，以及在中心到中心间的距离和外部尺寸之差小于280μm。

本发明的再一个方面，一种制造轧制金属薄板的工作轧辊的设备，包括一支承材料轧辊的支承装置，一用来在材料轧辊预定部位照射激光束以形成不平整部分的激光系统，而这种不平整部分是由作为工作轧辊的表面毛面化的凹陷和围绕着该凹陷的 环状突起所组成，以及在不平整部分表层所含的奥氏体的至少一部分转化成为将表面层硬化的马氏体的装置。

该转化装置是用零下低温处理将奥氏体转变成为马氏体。激光系统则产生激光束，其能量密度在5×10⁶至9×10⁶W/cm²的范围内。

该装置进一步包括以控制的转速在支承装置上旋转驱动材料轧辊的第一驱动装置，以及一个用来使材料轧辊和激光系统之间在轴向以预定的节距相对移动的第二驱动装置。在另一方面，该装置可进一步地包含在不平整部分表面上形成抗磨镀层的装置或可进一步地包含对轧辊表面进行均匀化处理的装置以预定值下表面轧制时调整轧辊表面和支撑辊之间的接触面积。这种均匀化用来在表面轧制时提供与支撑辊实质接触的接触面积，在这种接触区域上所施加的压力低于1000公斤力/平方毫米。

这种装置能配置带有能监控毛面材料轧辊的表面条件的传感器装置的控制系统以产生传感信号，根据传感信号通过算术运算得到代表毛面轧辊表面条件的值且将这一得到的值与一基准参考值相比较来决定毛面操作的条件的装置，用来设定得到的毛面条件的装置，以及根据设定的毛面条件来控制设备的装置。

实际上，这种传感装置包括用来检取轧辊表面视频图象以检测表面条件的图象检取装置，该图象检取装置检取一种静止的图象。

作为一种变换形式，这种传感装置包括一接触针型粗糙度规，根据同轧辊表面接触的针的行程来检测轧辊表面的不平整度。这种传感装置还包括一扫描控制装置，该装置用来以预定的方式移动针来检测预定的区域内轧辊的表面状况。

通过以下的详细叙述和本发明的最佳实施例的附图将对本发明会有更充分地了解，但无论怎样不应将本发明局限于特定的实施例，而仅作为解释和理解之用。

图1是根据本发明的具有毛面表面工作轧辊的最佳实施例的说明和放大的截面;

图2是具有毛面表面的工作轧辊的最佳实例的放大的平面视图;

图3是表示图象清晰度测量方式的说明示意图;

图4是一张显示中心线平均粗糙度Ra和DIO值的图表，这一Ra和DIO值是用通常的喷砂法毛面的工作轧辊轧制的薄钢板上油漆后的值，这种油漆涂了两层;

图5是显示中心线平均粗糙度Ra和DIO值的图表，这一Ra和DIO值是用通常的喷砂法毛面的工作轧辊轧制的薄钢板上油漆后得到的，这种油漆上了三层。

图6是一部分轮廓剖视图，显示了根据本发明的用激光作为高密度能源处理过的工作轧辊的毛面状态;

图7是在表面轧制中的金属薄板和工作轧辊的截面示意图;

图8是经表面轧制后金属薄板的截面示意图;

图9是图7所示金属薄板的平面视图;

图10是工作轧辊和金属薄板的说明和示意截面图，它显示了工作轧辊和轧制后的金属薄板之间的尺寸关系;

图11是一平面视图，它显示了由波峰的平面部分所占据的η₁区域与相邻的不平整毛面部分之间限定的平面η₂区域之间的关系;

图12是根据Sm/D的值，在金属平板表面上的平面η部分面积比和在表面轧制时的压缩量λ之间的关系;

图13是显示金属薄板的平面部分η的面积比和油漆三层情况下的DOI值之间的关系的图表。

图14、15和16是一示意的平面视图，显示了当Sm/D比不同时在金属薄板的平面上的粗糙度图形的变化;

图17是当Sm/D比值过大时在工作轧辊和金属薄板表面上的微观轮廓的剖面图;

图18是正在经受压力加工（成型）过程的金属薄板的示意图;

图19是显示相邻不平整毛面部分的尺寸关系的示意平面图;

图20是经激光束装置进行毛面处理后再进行零下低温处理的工作轧辊的示意截面图;

图21是显示零下低温处理温度和轧辊表面的硬度值之间关系的图表;

图22是显示经零下低温处理后奥氏体量，硬度和粗糙度降低值的图表;

图23是显示在给定的负荷时工作轧辊和支承辊之间的接触面积比和实际接触压力之间关系图 表;

图24是显示表面轧制2Km金属薄板后在工作轧辊上的粗糙度降低值和工作轧辊同支承辊间的实际接触压力之间的关系的图表;

图25是显示金属薄板截面的组成，在那里不平整毛面部分是在激光毛面过程中形成的;

图26是显示图25的各自组成部分的硬度的图表;

图27是显示在金属薄板上的中心线平均粗糙度和DIO值的图表，它们中的一块金属薄板用最佳实施例的工作轧辊轧制的，另一块金属薄板是用通常的喷砂法毛面的工作轧辊轧制的;

图28是用最佳实施例的工作轧辊表示轧制的金属薄板上涂覆的油漆层的粗糙度三维尺寸图表;

图29是用通常的工作轧辊表示轧制的金属薄板上涂覆的油漆层的粗糙度三维尺寸图表;

图30是用最佳实施例的工作轧辊表面轧制后的金属薄板表面的显微照片;

图31是用喷砂法毛面的通常工作轧辊进行表面轧制的金属薄片表面的显微照片;

图32是用激光束毛面的工作轧辊的外形的放大了的透视图表;

图33是一个说明剖视图，显示了经激光束毛面和表面轧制处理后再经零下低温处理来形成的在不平整毛面部分上各层互不相同的组分的厚度;

图34是图33的各自层的硬度;

图35是显示在油漆过的金属薄板上的中心线平均粗糙度Ra和DIO值的图表，金属薄板料的一种具有在图33里显示的结构，另一种由通常的喷砂处理的工作轧辊所表面轧制;

图36是显示降低工作轧辊上的粗糙度的图表，其中一根轧辊在激光毛面处理后再经行零下低温处理，另一根经受激光束毛面处理，再另外一根经受喷砂处理;

图37是显示在金属薄板上粗糙度的降低的图表，这些金属薄板各自被一些工作轧辊所表面轧制，其中一根工作轧辊在激光束毛面后再经受低温零下处理，另一根经受激光束毛面，再另一根经受喷砂处理;

图38是解释剖面图，显示了在激光毛面和回火处理后进行低温零下处理在不平整的毛面区组成各层互不相同的组分的厚度的另一例子;

图39是图38的各别的层的硬度;

图40是显示在喷漆后的金属薄板上中心线平均粗糙度Ra和DIO值的图表，其中之一材料金属薄板具有图38显示的结构，另一是由喷砂处理的通常工作轧辊表面轧制的。

图41是显示在工作轧辊上粗糙度降低的图表，其中一根轧辊在激光毛面后经受零下低温处理，另一根经受激光束毛面以及再另一根经受喷砂处理;

图42是显示在金属薄板上粗糙度降低的图表，这些金属薄板由一些工作轧辊各自表面轧制，其中一根轧辊是在激光束毛面后经受零下低温处理，另一根经受激光束毛面，再另一根经受喷砂处理;

图43是说明剖面图，显示了在激光束毛面和回火处理后由零下低温处理在不平整毛面区组成各层互不相同的组分的厚度;

图44是图43的各别层的硬度;

图45是显示在喷过漆的金属薄板上的中心线平均粗糙度Ra和DIO值的图表，其中之一材料金属薄板具有图43所显示的结构，另一是由喷砂处理的通常工作轧辊表面轧制的;

图46和47是显示根据工作辊轧制长度的增加工作轧辊和被轧制金属薄板上粗糙度的下降的图表，对这些工作辊在激光束毛面后进行回火处理，用激光束进行工作轧辊毛面和用通常的喷砂法进行工作辊毛面;

图48是显示工作轧辊上粗糙度的降低的图表，其中之一轧辊在激光毛面后经受零下低温处理，另一根经受激光束毛面，再另一根经受喷砂处理;

图49是显示在金属薄板上的粗糙度的降低的图表，它们分别被工作轧辊所表面轧制，其中一根轧辊的激光束毛面后经受零下低温处理;另一根经受激光毛面，再另一根经受喷砂处理;

图50是说明剖面图，显示在激光毛面和回火处理后经零下低温处理在不平整毛面区形成各层互不相同的组分的厚度的另一例子;

图51是图50各别层的硬度;

图52是显示在喷漆后的金属薄板上中心线平均粗糙度Ra和DIO值的图表，其中之一材料金属薄板有图50所示的结构，另一由喷砂处理的通 常工作轧辊表面轧制的;

图53是显示在工作轧辊上粗糙度的降低的图表，其中之一工作轧辊在激光束毛面后经受零下低温处理，另一根经受激光毛面，再另一根经受喷砂处理;

图54是显示在金属薄板上粗糙度的降低的图表，这些金属薄板被一些工作轧辊分别表面轧制，其中之一工作轧辊在激光束毛面后经受零下低温处理，另一根经受激光毛面，再另一根经受喷砂处理;

图55是根据本发明用来进行激光束毛面处理来制造最佳实施例的工作轧辊的最佳实施例设备的透视图;

图56是显示用来发射辅助气的喷嘴和轧辊表面之间的相互关系的示意图;

图57、58是由激光束毛面而形成的不平整毛面区的三维图;

图59和60显示了在工作轧辊的表面部分深度和硬度之间相互关系的例子;

图61是显示在零下低温处理后奥氏体量，硬度和粗糙度降低值的图表;

图62是显示轧辊表面粗糙度和轧制长度的关系的图表;

图63显示了在工作轧辊的表面部分上硬度和深度之间关系;

图64是显示轧辊表面粗糙度和轧制长度的关系图表;

图65显示了在工作轧辊表面部分的深度和硬度之间关系的例子;

图66（A）和66（B）是显示工作轧辊和金属薄板表面和轧制长度之间关系的图表;

图67是根据本发明的用来控制对工作轧辊激光束毛面处理的控制系统的最佳实施例的方框图;

图68是带有图67的控制系统装置的最佳实施例的部分前正视图;

图69是一个流程图，显示了来控制图67所示的毛面系统的激光束毛面控制程序。

图70是一个流程图，显示了在图67所示的控制系统里进行的图像处理的过程;

图71是显示根据激光束的入射角的不同来检测亮度水平变化的图表;

图72是轧辊表面的图像放大的说明示意;

图73是根据本发明的激光毛面控制系统的另一实施例的方框图;

图74是在图73中所示的控制系统中应用的粗糙度量规的位置的示意图;

图75是显示偏差分布分析方式的示意图;

图76是显示光泽度和SRa/W₂a之间关系的图表;

图77是显示在图73所示的控制系统中执行的激光束毛面控制程序的流程图。

现根据附图来进一步说明。如图1所示，最佳实施例的用来表面轧制的工作轧辊是用激光束加以毛面的。这种用激光束毛面的工作轧辊的方法和设备将在下面进行叙述。

将激光束依次照射到转动着的工作轧辊的表面来有规则地熔化暴露在激光能量中的表面部分，从而以有规则的和成几何图形形式地在工作轧辊的表面3上形成一系列火山口状的不平整毛面部分1。如图1、2和6所示，每一不平整毛面区有一个波谷1a。该工作轧辊的已熔化的金属底从工作轧辊的表面水平线6向上隆起以环的形式围绕波谷1。这一隆起部分以后通篇将称为“环形峰”或“峰形环”，这环形峰总是以编号2来编号。在另一方面，在用激光束照射以形成各自的火山口状的不平整毛面区1的期间，金属被激光束的能量所熔化而在沿着波谷1a的周界形成热影响层5。

如图1和图2所示，在所示的实施例中，其中不平整毛面区1的中心C在纵向和圆周方向对齐并且相对于工作轧辊3的相邻不平整毛面部分有一个规则的间隔Sm。图1和图2的实施例是由不平整毛面部分1形成的，在不平整毛面部分1中，波谷1a及环状波峰2是这样排列的，在这样的排列中，该火山口状的不平整毛面区1与相邻的不平整毛面区以预定的、相对于邻近的不平整的毛面区来说是一定的中心到中心的间距Sm轴向地和周围（周界）地对准。波谷1a和环状峰2的直径以及波谷的深度的尺寸是由照射到工作轧辊3表面上的激光束的强度和密度所决定的。在所显示的实例中环形峰2的外径D，它代表不平整毛面区1的最外面的尺寸，是根据上述的中心到中心的间距Sm来选择的，因此在邻近的不平整毛面区1之间能留出表面水平的部分6a。上述的不平整毛面区1被一边转动或轴向地移动工作轧辊一边有规则地照射 激光束来有规则地形成，因而轧辊的表面通过这些形成的不平整毛面部分被变成粗糙状态。这种轧辊表面的粗糙状态如图1的2所示。在不平整毛面区1之间的间距是可以调整的，其方法是在工作轧辊的转动方向上联系到工作轧辊的转动速度的转动情况控制激光束发射的频率以及控制激光束的发射点轴向移动的间距。

应该理解的是，虽然已经叙述的本发明使用的是高密度能源的激光，但是使用等离子体或电子束作为高密度能源也能得到同样的结果。

如前所述，不平整毛面区的深度和直径一直径被环形峰2的外径所限定一是被入射的激光束的强度和照射的时间所决定，它给出了一个相当于以通常的喷砂处理的毛面工作轧辊的表面粗糙度的粗糙度的值。

被激光束加热的轧辊基体金属由于照射激光束的巨大密集的能量立即变成金属蒸气。在这种情况下，熔化的金属被所产生的蒸气压力吹离轧辊的表面从而形成了波谷1a。另一方面，被吹起的熔化金属再粘的波谷的周围而形成了环绕波谷的环状波峰2。这一系列过程可以由使用一辅助气体而得以更好地完成，例如用氧气或其他气体吹在作用点上。

要进行表面轧制的金属薄板，例如冷轧的薄钢板，首先进行退火或其它必要的处理步骤。但必要的处理后，该金属薄板经受轧制，这种轧制是利用前述的最佳实施例的毛面轧辊在表面轧制阶段施加一小的压缩量。在这种表面轧制过程中，工作轧辊表面上形成的毛面图形被转移到金属薄板的表面上去从而给予金属薄板以粗糙表面。

对表面轧制阶段的金属薄板进行显微观察，不平整毛面区1的环形峰2在高压下压入金属薄板7的表面。这就导致金属薄板表面的某一区域附近形成局部的材料塑性流，该金属薄板材料要比工作轧辊软。因此，金属薄板7的金属流向不平整毛面区1的峰谷1a而形成升起部分10，该部分10将被称为波峰。波峰10具有圆锥一圆柱形状因而有平顶面8。在金属薄板表面上这样形成的波身的顶面8实际上平行于金属薄板的总体上平的原来的表面。另一方面，金属薄板7的部分9与工作轧辊3的平台部分6相匹配并凹下。这样就扩大了波峰10的顶和平台部分9之间的高度差。在波峰10和平台9之间，由工作轧辊3的不平整毛面区1的环状峰2形成了环槽11。表面轧制后，在工作辊3表面上的不平整区转移到金属薄板7上这样就具有了带有平顶面8的波峰10，环槽11和在被压出的不平整毛面区之间的平台区。平台区9的高度高于槽11的底，但低于或等于波峰10的顶面8。

从上面可以看到，在轧制后，由波峰10的平顶面8和中间的平台部分9组成的平面部分在金属薄板表面所占的比例增大了。这样降低了波峰10的平顶表面8和槽11的底之间的过渡倾斜区13的相对比例。如图9所示，该形成在金属薄板7上的不平整毛面部分是这样排列的，即具有同在工作轧辊3上相同的规律和几何图形。也就是说在金属薄板上相邻不平整毛面区的中心到中心距离Sm′实质上和工作轧辊的相邻的波谷1a的中心到中心距离Sm相对应。同样，环槽11的最大外径D′实质上和工作轧辊3的环形峰2的最大外径D相对应。

这里，金属薄板的象的清晰度用称作为DOI值来表示或用Hunter实验有限公司所制造的Dorigon表的测量值来表示。这种DOI值用DOI＝100×（Rs-R）/Rs来表示，其中Rs是相对于某一样品S，光线以30°入射角照射并被以30°镜面反射角反射的镜面反射光的强度，R是如图3所示的在30°±0.3°反射角的范围内散射光线。图4和5显示了指示图象清晰度的DOI值和中心线平均粗糙度Ra之间的关系。图4是用通常的喷砂处理的毛面轧辊进行表面轧制的薄钢板上涂敷了两层涂层其总厚度为55μm的情况，图5是在同一的金属薄板上涂敷了三层涂层其总厚度为85μm的情况。从图4和5中明显看出，当中心线平均粗糙度Ra增加时，代表图象清晰度的DOI值下降使图象清晰度下降。图4和5的例子将与最佳实施例的工作轧辊3表面轧制的金属薄板油漆后的DOI值的变化进行比较。

经激光束毛面处理的工作轧辊的毛面表面和经图示的最佳实施例的工作轧辊表面轧制的金属薄板的每一部分的尺寸参照图10和11定义如下：

D：表示工作轧辊表面上不平整的毛面部分的环状波峰的外径或者代表在金属薄板上环槽11的最大外径;

d：表示工作轧辊3的表面上环形峰的内径;

do：表示在金属薄板7上波峰10的平顶部分8的直径;

H：表示工作轧辊表面不平整的毛面区的波谷1a的深度;

h：表示工作轧辊表面上环状峰2的高度和在金属薄板上从中间的平台部分9的顶面至槽的底之间的槽11的深度;

h：表示在金属薄板上相对于中间平台9的平顶部分8的高度;

a：表示在工作轧辊表面不平整毛面区的环状峰2的从最里面至最外面的宽度;

Sm：表示在工作轧辊上相邻的不平整毛面区1之间中心至中心的距离;反过来也表示在金属薄板上相邻的波峰10之间中心至中心间的距离。

组成轧辊表面粗糙轮廓的不平整毛面区的几何图形以及表面轧制的条件在表面轧制后对金属薄板的表面部分的面积比例η的影响根据上面提出的数据来研究。平面部分的面积比例η用在金属薄板上波峰10的平顶部分8的面积占据比η₁和中间平面部分9的面积占据比η₂的总值来代表。

η＝η₁+η₂……（1）

此外，η₁的值随表面轧制时的压缩量而变，因为根据压缩量的不同流入工作轧辊的不平整毛面区的波谷1a的金属薄板的金属流的程度是不同的。因此波峰10的平顶表面8的直径d发生变化。另一方面，按照Sm/D值来决定的η₂的值保持不变。在本最佳实施例中，比值Sm/D设定在大于或等于0.85和小于或等于2.0的范围内。为了进行实验，使用了钢轧辊来表面轧制。压缩量即厚度的减薄率在0.4%至2.4%的范围内。对经表面轧制的金属薄板7的平面部分的面积比例η，也就是平顶部分8的面积比例η₁和中间平台部分9的面积比例η₂进行了测量。图12显示了测量的结果。从图12中可以看到，平面部分的面积比例随Sm/D值的不同而有较大的变化。

另一个实验用来完成将工作轧辊表面的不平整进行转移，在其中决定不平整性的参数Sm，D和d变化为不同的值。此外，在表面轧制时压缩量λ也变化。通过改变上面设定的参数，准备了被表面轧制的金属薄板的平面部分的不同面积比例η。对平面轧制过的金属薄板涂敷三层黑色油漆，对每一种涂过三层油漆的金属薄板测量DOI值，图13示出了测量的结果。从图13中可明显地看出，若平面部分的面积比例η提高，DOI值也提高。总的来说当钢板被用到制造汽车的外壳时，为了得到满意的质量和印象深刻的外观，DOI值应不低于94%。为此目的，η的值应不低于35%。然而当需要高的象清晰度时，η值只要不低于20%就足够了。

决定象清晰度的尺寸例如S，Sm，H和这类前面所定义的工作轧辊的表面粗糙度轮廓在激光操作时可通过调整用于表面轧制的工作轧辊的毛面条件来变化。例如这类调整的实现可用在毛面时调整工作轧辊的转速或转动次数，激光束的照射频率，激光束的强度和密度，在工作轧辊表面上的激光束照射点的轴向移动速度，激光束的照射时间，辅助气体象氧气，等等的吹气的条件。如果打算表面轧制的是通常的可成型的冷轧金属钢，用的是激光束装置毛面到Ra为0.5至5μm的工作轧辊，该工作轧辊的表面应具有环状峰2，每一个的宽度α在20至40μm范围和高度h₂在5至30μm范围。

在金属薄板上形成的表面粗糙度轮廓，图14、15和16中显示的三种形式是根据不同Sm/D的比值而得到的，也就是说，如图14所示当Sm/D设定为1时，相邻的槽刚好互相邻接。如图15所示当Sm/D大于1时，该相邻的环槽11就彼此分开。另一方面，如图16所示，当Sm/D小于1时，该相邻环槽11互相重叠。

因此变化Sm/D的比值就能得到不同形式的表面粗糙度轮廓。在这方面，具有不同的Sm/D比例的用于表面轧制的工作轧辊是由激光束装置所制备的。利用这种准备好的工作轧辊，经退火后，在适当的压缩量下经过表面轧制在冷轧薄钢板上组成毛面图形。然后，该毛面的钢板经受压力成型试验和油漆试验，通过以上的试验得到如下的结果。

如图17所示，当钢板7被工作轧辊3表面轧制后，因为工作轧辊的Sm/D的值增大得很多，对轧制过钢板上的相邻波峰10之间的中间平面部分9的区域进行压力成型如图18所示，在压制成型期间在较宽的中间平面9上剥离的金属碎片很难被槽11所捕获因而仍然留在压制工具14和中间平面部分9之间。此外，Sm/D增大较多意味起储存润滑油作用的槽11的空间相对地缩小，因而会造成润滑的困难。因此，当Sm/D过分大 时，在压力成型时就容易产生擦伤或烧焦。

在另一方面，也需要控制中间的平面部分9或Sm-D的绝对值。也就是说，在用激光束毛面时，在工作轧辊上的环状波峰2的尺寸，也就是宽度α和高度h₁是和这种情况有关，即被激光束熔化的在波谷1a里的部分金属在它的四周隆起以及被再凝固。当D增大，α和h也增大。这就是当D增大时，在压力成型时的贮润滑油的能力和捕获剥离的金属碎屑的能力增大，这些因素对防止拉毛（擦伤）和烧焦都是很有利的。然而，这种有效性被限制到这种情况即波谷部分像能捕获剥离的金属碎屑的槽11是存在于待加工材料的表面压模和材料之间相对地滑动长度范围内，因此剥离的金属碎屑逐渐地沉积最后导致擦伤和烧焦。为了满足需要，必须使中间平台部分9的宽度（Sm-D）的绝对值小于某一数值。

有关这方面，从以前的实验中发现，若钢板没有很高的成型性，它们被用来制造需要更高的象清晰度的汽车外壳时，因为要求高的象清晰度，因为在压制成型中的变形率在10%之内，在压制成型的过程中拉毛和烧焦是不会经常发生的除非Sm/D的值超出1.7，同时也发现，为了防止拉毛和烧焦，该中间平面部分9的宽（Sm/D）的绝对值要缩小于或等于280μm。从以前实验中得出的部分结果示于附表1里。应该指出，在附表1里，值（Sm-D₁），和（Sm-D）₂被显示在图19中。

另一方面，如前所述Sm/D的比值是同金属薄板上平面部分的面积比例η密切地相关的。也就是说，面积比例η越大，象的清晰度也就越高。因此为了得到高的象清晰度，非常清楚需要有较大的面积比例η，这意味着大的平面部分。另一方面，为了防止拉毛和烧焦，过分大的平面部分是不需要的。考虑到这些，以及从附表1及图12明显可见，可以接受的平面部分的最大面积比例η大约为85%以及最大的Sm/D的比值为1.7。

因此，在最佳实施例中，Sm/D值的上限值被设定在1.7。此外较合适的距离（Sm-D）小于280μm。此外，如果Sm/D的比值被设定为小于0.85，用高密度能源等进行毛面操作，例如激光束和类似设备，来形成不平整毛面区时，就不稳定。这样控制Ra粗糙度就很困难，因此下限设定为0.85。

总的来说，用来制造工作轧辊的典型材料是包含有C和Cr高组分率的经过硬化的锻造轧辊钢。这种轧辊钢经过氧化处理，在沉淀细的碳化物的条件下进行硬化处理，在氧化时Cr碳化物沉淀。经硬化处理后，在材料辊的50至100μm深度的表面部分形成了马氏体。这种经硬化的材料轧辊在低温下回火处理。因此，在激光束毛面处理前，材料轧辊的表面部分由马氏体和ε碳化物混合组成。

将激光束照射到材料轧辊的表面，在照射点处的金属熔化或熔融而引起汽化来形成环绕波谷1a和环状峰2，在那里一定量的金属被除去。如图20所示波谷1a和环状峰2的边界通常视毛面处理时的热影响的大小分离成三层。最上层2a是熔化金属层，在这一层里，沉淀的碳化物和Cr碳化物被熔入到基材料中去以降低Ms点（它是组成马氏体的温度标准）使其低于大气的温度。其结果是当轧辊的表面在通常的即大气的温度冷却时，还保留着相当大量的非马氏体的奥氏体组织。因此这层的硬度在450至550HV。

在另一方面，该第二即中间层是被加热到约900℃的层，这一温度实质上相当于硬化温度。这层被迅速地冷却至大气温度而再硬化。通过这些，这一层成为包含有ε碳化物的马氏体层，这一层的硬度在800HV至900HV范围内。

第三也就是最里层是一被加热到400℃-800℃的层。这层被相对高的温度回火来沉淀C和Cr。这一层的硬度在650HV至750HV。在第三即最里层F面，有一基体金属层，这层没有受到毛面热的影响，它的硬度在800HV至900HV范围内。

用于毛面处理的激光束的功率在600W至2500W范围内。如果使用低于600W的激光束，激光束的能量将不能有效地满足熔化基体金属以形成需要的不平整区域。另一方面，激光束的能量大于2500W时，将可能在激光机的镜头上发生热变形而引起激光状态的不稳定而带来粗糙度控制的困难。

使用600W至2500W的激光，毛面处理是在这样的条件下进行的，即每一个照射点的照射持续期在30至100μsec的范围内。在这种条件下，波谷1a的直径D在120μm至350μm的范围内变动。

在这一情况下，三个层的厚度的变化主要取决 于所施加的激光束的能量。也就是说，当激光束在每一照射点照射的延续时间为30μsec至100μsec时，如使用600W的激光，及所得到的三个层的厚度约为5至15μm，如果使用2500W的激光，则厚度为20至30μm。

如前所述和如图20所示，在不平整毛面区里的环状峰2是由包含有马氏体的第一层即最外层2a所组成，其硬度在450HV。

因此，环状波峰2是比较软的。这一较软的层在使用这类工作轧辊以及加上支承辊的帮助进行表面轧制时经受轧制压力。这就会按轧制长度的延伸率而引起塑性变形以降低波峰2的高度。

因为环状峰2是由相对软的材料所组成，所以环状峰的高度很容易降低到一定的高度而不能在金属薄板上保留槽的必需深度。这就使得在工作轧辊的表面保留必需的粗糙度成为不可能。因此更换工作轧辊对在表面轧制毛面过程中维持满意的高质量就是必需的。

为了延缓环状峰2的高度降低的速度，必需对环状峰进行硬化处理。根据已显示的实施例，对由激光束毛面的工作轧辊进行零下低温处理。

这也就是说，在用激光进行毛面的过程中，该Mf点，在这点马氏体的形成被完成，因C和Cr碳化物溶解在基体金属内而被大大降低，这种温度点的下降是实质性的，Mf点降低到大气温度以下。所以通过零下低温处理，在第一层2a里存在的奥氏体被转变为马氏体而使环状峰2硬化。

关于低温处理的温度和环状峰2硬度之间的关系已在图21中示出。也就是低温处理的温度在20℃至-20℃范围内时，在组成环状峰2的第一层2a内观察不到任何变化。当低温处理的温度下降到低于或等于-40℃时，第一层2a的硬度增加至约900HV。这就证明了通过低于或等于-40℃的温度的低温处理有效地得到高硬度。

应该指出，当通过低温处理使第一层2a成为纯马氏体层，虽然硬度提高了，但变形的承受能力下降而变得容易脆裂。因此在表面轧制过程中环状峰破裂的机率增大了。

图22显示了奥氏体的量，硬度和粗糙度下降之间的关系。为了测量粗糙度的下降，在轧制速度100m/mim对60Km长的带钢即扁纲进行了表面轧制。

从图22可见，当奥氏体的量低于或等于15%时，显然硬度足够高但环状峰2的碎裂高得不能接受。环状峰碎裂增加的可能性变得很高使粗糙度降低的可能性大大增加。另一方面，当奥氏体的量大于30%时，环状峰2的硬度变得不足够而引起在不能接受的很短时间内高度降低到不能接受的水平。从上述的讨论中可明显地看出，奥氏体的组份在15%至30%的范围内，能得到环状峰的寿命和碎裂之间的最佳平衡。因此必须进行零下低温处理心便使奥氏体的组份保持在15%至30%的范围内。

这种低温处理可以用任意已有技术来进行。例如可以将经激光束毛面的工作轧辊浸入液态氮中。另外可将轧辊浸入到干冰液里进行低温处理。

另一方面，为了在轧辊表面上提供硬表面层，例如通过镀层以降低磨损，这是一种已知的技术。例如，用表面处理来大大降低磨损也是可能的，例如用Cr镀层、金属组分镀层、离子镀层来形成Ti镀层、以镀铬为例，能得到硬度为950HV至1050HV的实质性硬镀层。但是，如果在未经硬化处理例如低温处理的环状峰2上镀上Cr表面层，在镀层下面的环状峰2在通过支承辊进行表面轧制期间趋于承受集中的压力。这就引起波峰表面和镀层之间的分离而使镀层破裂。因此，即使形成了镀层，在镀层进行前也要对环状峰2本身进行硬化处理，这是基本需要的。覆盖层脱落后的后果是，一旦覆盖层脱落后，粗糙度的降低以高的速率被加速，而且要比未经镀层的环状峰要快。

当用激光束毛面后再经过低温处理的工作轧辊上形成铬镀层时，硬度为1050HV的Cr镀层被形成在第一马氏体层2a上，该马氏体层已通过低温处理在环状峰2处具有900HV的硬度。如前所述，以下依次为第二即中间马氏体层2b的硬度为900HV，最里面的经回火的层2c的硬度为750HV，以及基体金属层的硬度为850HV。在这种情况下，该经回火的第三层2c的硬度最低。但是，因为第三层2c离表面最远，它将不经受导致第三层发生塑性变形的轧制压力，结果是环状峰2的塑性变形被降低以及均匀地发生。这就实质上减少了Cr镀层的剥落的可能性。因而在这种安排下Cr镀层的抗磨损作用能有效地发挥。

应该指出，为了保证镀层的抗磨性，1μ厚的 镀层是足够的。然而，在本最佳实施例中，镀层为5μm至15μm。如果镀层的厚度小于1μm，该镀层将在表面轧制开始时迅速地被磨损而致使失效。另一方面，当镀层的厚度大于15μm，镀层的粘着能力下降而容易脱落。另一方面，当用离子镀法来形成TiN镀层时，该镀层的较佳厚度为1μm。比这更薄的镀层将是不利的，因为如此薄的镀层在表面轧制的过程中将会很快地被磨损。另一方面，当TiN镀层的厚度超过5μm，从镀层的成本观点来看是不足取的。

如前所述，在表面轧制期间，工作轧辊3与支承辊相接触。当工作轧辊和支承辊两者的表面是平的话，该接触面积A能表示为：

A＝W×L

其中W是互相接触的轧辊的宽度，

L是工作轧辊的轴向长度。

在表面轧制期间工作轧辊和支承辊之间的接触压力被称为赫兹（hertz）力。通常在表面轧制中赫兹力在40至60公斤力/平方毫米范围内。另一方面，在用通过激光束毛面过的最佳实施例的轧辊表面轧制的情况下，负载集中在工作轧辊3的不平整毛面区的环状峰2上。为了减少工作轧辊的磨损，尤其是环状峰的磨损，降低单位面积的压力负荷是有效的。

图23显示了作用在环状峰2上的实际负荷的变化情况。在图23中，水平轴表示环状峰2相对于总接触面积的面积比。环状峰2的接触面积在以后将称为“实际接触面积”“实际施加负荷”一词表示作用在环状峰2的单位面积上的压力负荷。

为了进行实验，准备了6套轧辊，这些轧辊套的每一根轧辊都由激光束以230μm间距进行毛面处理，在这6套轧辊中，三套轧辊在激光束毛面处理后未经处理，其余三套工作轧辊进行零下低温处理以硬化环形峰的表面层。利用这些轧辊，用串联型的轧机进行表面轧制试验，赫兹力的变化为32公斤力/平方毫米，45公斤力/平方毫米，和63公斤力/平方毫米，表面轧制了SPCC材料五带卷（100吨）。

通过对表面轧制实验的观察，发现在工作轧辊上毛面表面的降低在轧制第一带卷时是显著的，在完成五带卷的表面轧制后，粗糙度的变化变得明显减少。在这种情况下，测量了工作轧辊和支承辊之间的实际接触面积。此外，对以赫兹力代表的实际施加压力负荷也进行了测量，在图23中，带有黑色点的曲线图显示了对未经低温处理的工作轧辊进行测量而得的测量值，带有白点的曲线显示了对经过低温处理的工作轧辊进行测量而得的测量值。在这两种情况下，在轧制操作前的接触面积比都在1%至2%的范围内。

从图23中可见，在63公斤力/平方毫米的赫兹压力的表面轧制情况下，在相对高的速度下接触面积比约从8%增加到9%。这意味着在轧制的初始阶段比较大的塑性变化发生从而减低了环状峰2的高度。接触面积比达到8%至9%以后，接触比例增加的速度成为饱和。从实验中发现甚至在不同的赫兹压力下，环状峰2的塑性变形，在环状峰的单位面积上实际负荷压力达到一定值时成为饱和。也就是说在工作轧辊未经低温处理因而具有软表层的轧辊的情况下，在施加的实际压力为600公斤力/平方毫米时塑性变形趋于饱和。在另一方面，在工作轧辊经过低温处理因而在环状峰上具有硬化的表面层时，在施加的实际压力为1000公斤力/平方毫米时的环状峰2上的塑性变形趋向饱和。

此外，当使环状峰的高度均匀地均匀化处理有效地进行后，塑性变形的大小能被降低。因此，甚至由激光束进行毛面处理但未经低温处理的工作轧辊，通过进行表面均匀化处理和调整实际的施加压力负荷使其低于或等于600公斤力/平方毫米，毛面工作轧辊的粗糙度的降低也能有效地减小。同样，对经低温处理的硬面毛面工作轧辊实施表面均匀化处理和维持实际工作压力负荷使其低于或等于1000公斤力/平方毫米，轧辊表面的粗糙的降低也能可观地减小。

在优选的过程中，使环状峰的高度均匀的工作轧辊的均匀化处理，是用接触轧辊方法施以不同的负荷来进行的。表面的均匀化处理最好在低温处理之前进行。

为了检验经均匀化处理的轧辊，进行了另一个实验。为了在表面轧制的使用，工作轧辊首先用激光束毛面然后用接触辊进行均匀化处理。其中有几个工作轧辊再经低温处理。使用这样准备好的工作轧辊，对二千米长的金属带钢在压制速度为100m/min的情况下进行表面轧制。在表面轧制时对每个工作轧辊施以不同的负荷压力，在轧制二 千米长的带钢后，检查粗糙度的下降（Rz）。图24示出了其结果。

在图24中，水平轴表示实际的压力，以轧制压除以与支承辊接触的环状峰2的总接触面积而得出的实际压力。至于该接触面积，用表面均匀化处理的环状峰2的接触面积。另一方面，垂直轴表示在表面轧制二千米带钢后轧辊表面的粗糙度的变化。

在图24中，黑点表示对未经处理的工作轧辊进行测量得到的测量值，白点表示对经低温处理后的工作轧辊进行测量得到的测量值。从图24可以看出，当实际施加在环状峰2的单位面积上的负荷压力超出600公斤力/平方毫米时，未经低温处理的工作轧辊的轧制表面上的粗糙度明显地降低。另一方面，对经过低温处理的工作轧辊，在实际加的压力高于或等于1000公斤力/平方毫米时，轧辊表面的粗糙度才开始降低。

为使实际的负荷压力低于上述的压力值而对实际接触面积进行调整时，可采用以下方法：

（1）驱动被激光束所毛面的工作轧辊，使与一接触辊接触，该接触辊的粗糙度低于工作轧辊的粗糙度，施加的赫兹压力低于或等于60公斤力/平方毫米;

（2）用砂纸砂轮等等来磨削工作轧辊环状峰的高度，以使所有的峰的高度均匀;

（3）进行轻微的喷丸、喷砂或类似处理，将环状峰2磨得均匀;

（4）用激光束，将环状峰顶的周界长度调整到大于或等于所有的不平整纯化区1的周界长度的60%;为此目的，辅助气体的入射角θ（见图56）选择为60°至90°。

实例1

在第一例中，直接使用了ψ70mm的工作轧辊和ψ140mm的支承辊。该轧辊被装入小型4辊轧机。本例所使用的工作轧辊是根据本发明制备的以及具有下列的组分：

C：0.85%（重量百分比）

Si：0.8%（重量百分比）

Mn：0.4%（重量百分比）

Ni：0.15%（重量百分比）

Cr：2.9%（重量百分比）

Mo：0.29%（重量百分比）

V：0.01%（重量百分比）

这种工作轧辊的组分是通常的用于组成轧制用的工作轧辊的材料组分。至少激光束，使用脉动二氧化碳激光束。激光束用来照射轧辊的表面来进行毛面以实现预定的粗糙度，照射的条件如下：

激光能量：2KW

能量密度：6.4×10⁶W/cm²

照射时间：50μsec/每脉冲

根据上述的条件进行激光照射，就在工作轧辊3的表面形成不平整钝化区1。组成在工作轧辊表面的不平整钝化区1被成形成如下情况：

不平整钝化区的间距：

两者周界在轴向之间为250μm。

不平整直径：180μm

Sm/D＝1.4

Sm-D＝70μm

图25显示了用前述方法所组成的轴向的不平整部分的截面。从这里可以看到，在基体金属2d上形成有2a、2b和2c之表层。第一层即最外层2a被熔化以及再凝固层由奥氏体和马氏体的混合体组成，第一层2a的厚度是20μm。第二层即中间层2b是再硬化层由马氏体和ε碳化物混合体组成，第二层2b的厚度也是20μm。第三层即最里层2c是回火层由马氏体和碳化物混合体组成，第三层2c的厚度是18μm。第一、第二和第三层2a、2b和2c各自的硬度显示在图2b。组合的工作轧辊具有的表面粗糙度Ra为2μm和Rz为23μm。

为了根据本发明对上述的工作轧辊进行比较，准备了用通常喷砂法制备的工作轧辊的比较样品。这一通常的工作轧辊具有的表面粗糙度Ra为2μm以及Rz为25μm。

利用这些发明的工作轧辊和通常的工作轧辊，对厚度为0.8mm和在冷轧后经退火的低碳脱氧钢的进行表面轧制的实验轧制操作，在压下量为0.8%的情况下进行表面轧制。经表面轧制后，得到的金属薄片的表面轮廓是：

Sm/D＝1.4

Sm-D＝70μm

在表面轧制后，对金属薄板进行带有Phorphate系统剂的化学转化处理，然后组成了三层涂覆，涂覆所得的覆盖层的厚度如下：

底层：18至20μm厚

中层：30至35μm厚

表层：30至35μm厚

涂覆以后，用Dorigon表测量DOI值。测量的结果显示在图27。在图27的图表里，标以“LT”的线表示关系到金属薄板的表面粗糙度Ra的变化而相应的DOI值的变化，而这种金属薄板是由激光束毛面的工作轧辊表面轧制的。另一方面标以“SB”的线表示关系到金属薄板表面粗糙度Ra的变化相应的DOI值的变化，而这种金属薄板是由喷砂毛面的工作轧辊进行表面轧制的。由图27明显可见，经由本发明工作轧辊表面轧制的金属薄板上涂覆表面的DOI值比比较的喷砂处理的工作轧辊表面轧制的金属薄板上涂覆层大4至5个数值。

图28和29是显示上述的在金属薄板上涂覆层表面粗糙度的三维图。图28显示了由最佳实施例的经激光束毛面的工作轧辊表面轧制的金属薄板上的涂敷层，图29表示了由通常的喷砂处理的工作轧辊进行表面轧制的金属薄板上的涂敷层。对比图28和29将清楚地看出，图28的涂敷层比图29的远为光滑。在油漆前金属薄板的表面条件被显示在图30和31。明显可知，图30是显微照片显示了由最佳实施例工作轧辊进行毛面的金属薄板的表面，图31是显微照片显示了由通常喷砂处理的轧辊毛面的金属薄板的表面。从图30和31中明显可见，图30的金属薄板具有有规律的和几何规则排列的图案的不平整毛面区，然而图31显示了在金属薄板表面不规则的不平整的毛面区。图32是进一步放大地显示图30的金属薄板的表面状况。

此外也对上述的金属薄板相应地进行了压力试验。在压制由通常喷砂处理的工作轧辊毛面的金属薄板期间可以观察到烧焦现象。但是在压制由最佳实施例的由激光束毛面的工作轧辊表面轧制的金属薄钢板过程中没有烧焦的现象被观察到。

实例2

对实际上以上述实例1相同的方法制作的，用激光束毛面化的工作轧进行零下低温处理。零下低温处理是把经激光束来毛面化的工作轧辊浸入液氮中进行的。经零下低温处理以后，在工作轧辊上不平整的毛面化部分截面部分表示于图33。从图33可以看出，不平整毛面在截面1的表面部分由形成在金属基底2d上的2a、2b和2c三层表面层构成。第一层也就是最外层2a是由从上述实例1的奥氏体和马氏体的混合物组成并经熔融后再凝固的层转化的马氏体组成的硬化层。第一层2a的厚度为20μm第二层即中间层是由马氏体和ε碳化物的混合物组成的再硬化层，第二层2b的厚度也为20μm第三层即最内层2c是由马氏体和碳化物的混合物组成的回火层。第三层的厚度是18μm。第一、第二和第三层即2a、2b和2c各自的硬度如图34所示。总的工作轧辊具有表面粗糙度Ra2μm和Rz25μm。

类似于上述第一实施例，一个供对比的工作轧辊是由常规的喷砂加工制备成的。这个常规的工作轧辊具有表面粗糙度Ra2μm和Rz25μm。

利用本发明工作轧辊和常规的工作轧辊进行了轧制试验，对具有0.8mm厚度和在冷轧后经退火的低碳镇静钢进行了平整冷轧的轧制作业。平整冷轧的压缩量是0.8%。平整冷轧以后，薄钢板表面轮廓是：

Sm/D＝1.4

Sm-D＝70μm

在平整冷轧以后，对薄钢板用磷酸盐系附加剂进行化学转变处理。此后，形成了三层覆盖层，各层具有下列厚度。

底层：厚度18～20μm

中间层：厚度30～35μm

表层：厚度30～35μm

在涂层以后，借助于Dorigon仪测定了DOI值。测量结果见图35。在图35中，标记为“LT”的线代表DOI值相对于薄钢板表面粗糙度Ra的变化而发生的变化，这块薄钢板是用激光束毛面的工作轧辊进行平整冷轧的。另一方面，标记为“SB”的线代表DOI值的相对于薄钢板的表面粗糙度的变化而发生的变化，而这块薄钢板是用喷砂毛面的工作轧辊进行平整冷轧的。从图35中应注意到用本发明的工作轧辊进行平整冷轧的薄钢板上的涂层表面的DOI值，是比通过用喷砂毛面的工作轧辊进行平整冷轧的薄钢板上的涂层表面的DOI值要大4～5。

另外，应用上述的工作轧辊时，在表面平整冷轧期间，监测工作轧辊和薄钢板上的不平整毛面部分的粗糙度Ra的下降。当轧制长度扩大时，工作 轧辊和薄钢板上的粗糙度Ra的变化示于图36和37。

轧制长度的增加是根据工作轧辊的旋转数得出的。

这时，工作轧辊的直径定在ψ560mm从图36和37可以看出，经激光束毛面但没有经过低温冷处理的工作轧辊上粗糙度下降的比率，和喷砂的工作轧辊基本上是相同的。对于上述经激光束毛面处理但未经零下低温处理的工作轧辊和经喷砂处理的工作轧辊，在表面轧制的初始阶段粗糙度的下降是十分明显的。同这些相比，经零下低温处理的工作轧辊其粗糙度下降甚至在表面轧制的初始阶段也没有如此明显，此外，在轧制过程的整个长度上，经零下低温处理的工作轧辊其粗糙度的下降速度比其它两种工作轧辊的要小。

实例3

实例1和实例2的激光束毛面的工作轧辊的最佳实施方案，进一步作镀敷处理。即，首先将最佳实施方案的激光束毛面的工作轧辊用液氮作零下低温处理。接着，对经过零下低温处理过的工作轧辊进行电镀以形成表面硬化层。镀层由镀铬所形成的。镀铬层的厚度和电镀的条件如下。

电镀浴，使用的是200克CrO₃和2克/升的H₂SO₄。电镀浴的温度50℃，电流密度为30A/平方分米，用静镀法完成。

铬层的厚度是0.8μm。

在零下低温处理后，工作轧辊的不平整毛面区的切割截面示于图38。从图38可见，不平整毛面区1的表面部分由四个表面层2p、2a、2b和2c构成，它们都形成在基底金属2d上。表面层2p是厚度为0.8μm的铬镀层。第一亦即最外层2a是一硬化层，它是由上述实例1的奥氏体和马氏体的混合物组成的层，经熔融再硬化转变成的马氏体组成的。第一层的厚度是20μm。第二即中间层2b是由马氏体和ε碳化物的混合物组成的再硬化层。第二层2b也有20μm的厚度。第三即最内层2c是由马氏体和碳化物混合物组成的回火层。第三层2c的厚度是18μm。各表面层的硬度以及第一、第二和第三层，2p、2a、2b和2c的厚度如图38及39所示。该工作轧辊的表面粗糙度Ra是2μm，Rz是23μm。

与前面的第一实施例相似，制备了供比较用的工作轧辊的样品。其中一个比较样品就是上述实例2中所用的那种工作轧辊，该工作轧辊是用激光束毛面后进行零下低温处理的但没有镀上铬镀层。这一工作轧辊的表面粗糙度Ra是2μmRz是23μm，其他供比较用的工作轧辊是用通常的喷砂法制备的，其表面粗糙度Ra为2μm，Rz为25μm。

利用本发明的工作轧辊和常规工作轧辊对0.8mm厚和冷轧后退火的低碳镇静钢做了实验性的表面轧制作业。表面轧制所施加压缩量是0.8%。经表面轧制以后的钢板的表面轮廓是：

Sm/D＝1.4

Sm-D＝70mm

表面轧制后用磷酸盐系附加剂对钢板进行了化学转变处理。此后，覆盖了由三层组成的涂层。覆盖的三层各具有下列厚度：

低层：厚度18至20μm

中间层：厚度30至35μm

表面层：厚度30至35μm

涂层的过程中，各个工序都不进行砂磨。

在涂层以后，用Dorigon仪检测了DOI值，测量结果示于图40。在图40的曲线中，标有“LT”的线代表与用激光束毛面的工作轧辊进行表面轧制的钢板的表面粗糙设Ra的变化有关的DOI值的变化。标有“SB”的线代表与用喷砂毛面的工作轧辊进行表面轧制的钢板的表面粗糙论Ra的变化有关的DOI值的变化。从图40中，应该看到，用本发明的工作轧辊进行表面轧制钢板上的涂层表面的DOI值比用喷砂毛面的工作轧辊表面轧制的钢板上的涂层要大4至5。

另外，利用前述的工作轧辊，表面轧制期间，对工作轧辊上的和钢板上的不平整毛面区粗糙度的下降作了监测。随着轧制长度的增加工作轧辊和钢板上的粗糙Ra的变化示于图41和42。轧制长度的增加根据工作轧辊的旋转数导出，这时，工作轧辊的直径设定在ψ560mm从图41和42可以看出，在表面轧制初始阶段，用喷砂毛面的工作轧辊上粗糙度下降的比率是相当大的，正如上述例2中所述。与此相比，经零下低温处理的工作轧辊的粗糙度下降，甚至在表面轧制的初始阶段也不是很明显的。而且，零下低温处理过的工作轧辊粗糙度的下降率轧制加工的整个长度中都比其它两种工种轧辊的粗糙度下降率小。但是，零下低温处理的工作 轧辊的粗糙度下降比率比镀铬的工作轧辊高，这从图41和41中可以看出。

实例4

第四实例目的在于应用-ψ70mm的工作轧辊和-ψ140mm的支承轧辊。轧辊安装在小型四辊式轧机。在这个实例中应用的工作轧辊是按照本发明制作的并具有下列成分：

C：0.85    重量百分

Si：0.8    重量百分

Mm：0.4    重量百分

Ni：0.15    重量百分

Cr：2.9    重量百分

Mo：0.29    重量百分

V：0.11    重量百分

对于构成轧制的工作轧辊来说，这些材料成分都是常规的成份。作为激光束用的是脉冲Co气体激光束。把激光束照射在轧辊的表面用以施行毛面操作，在下列照射条件下达到预定的粗糙度。

激光能量：2千瓦

能量密度：6.4×10⁶瓦/平方厘米

照射周期：50μ秒/脉冲

通过上述条件的激光束照射，在工作轧辊3的表面上形成不平整的毛面区1。在工作轧辊表面形成的不平整毛面区图形如下：

不平整的毛面区的节距：在圆周和轴向方面250μm：

不平整的直径：180μm

Sm/D＝1.4

Sm-D＝70μm

所得的工作与辊具有表面粗糙设Ra2.1μm和Rz2.6μm。这工作轧辊在赫兹压力35公斤力/平方毫米下降低与支承轧辊接触，然后驱动该工作轧辊以5分钟20的转速旋射三秒钟以正常化。此后，表面粗糙Ra及Rz分别降至2.0μm及23μm。此时，同支承轧辊接触的一环形峰2的接触面积是0.0026mm²。

图43表示一上述加工过程中形成的不平整的轴向剖面。由此可看出，在基底金属2d上形成了三个表面层2a、2b和2c。第一即最外层2a是由臭长体和马氏体的混合物组成的经熔融后再固化的层组成。第一层2a的厚度是22μm。第二即中间层2b是由马氏体和ε碳化物组成的再硬化层。第二层的厚度也是22μm。第三层，最内层2c是由马氏体和碳化物的混合物组成的回火层。第三层2c的厚度是20μm。第一、第二和第三层2a、2b和2c各自的硬度如图44所示。形成的工作轧辊的表面粗糙度Ra为2μm，Rz为23μm。

为了与本发明相应的上述工作轧辊比较，用普通喷砂法加工制备了一个比较用的工作轧辊。这普通工作轧辊具有表面粗糙度Ra2μm和Rz25μm。另外，用激光束毛面但未正火处理的工作轧辊被提供为比较试样。

利用这些按本发明的工作轧辊和普通工作轧辊，对具有0.8mm厚度和在冷轧后退火的低碳镇静钢进行了实验性的轧制作业。表面轧制的压缩量为0.8%。在表面轧制以后，钢板的表面轮廓是：

Sm/D＝1.3

Sm-D＝60μm

在表面轧制后，对钢板用磷酸盐系附加剂进行化学转变处理。此后，涂上了三层覆盖层。覆盖的三层有下列厚度：

底层：厚度10至20μm

中间层：厚度30至35μm

表面层：厚度30至35μm

在涂敷后，用Dorigon仪测量了DOI值。测量结果示于图45中，在图45的曲线中，标有“LT”的线代表与用激光束毛面的工作轧辊作表面轧制的钢板的表面粗糙度Ra的变化有关的DOI值的变化。另一方面，标有“SB”的线代表与用喷砂法毛面的工作轧辊作表面轧制的钢板的表面粗糙度Ra的变化有关的DOI值的变化。从图45中，应该可以看出，用本发明的工作轧辊作表面轧制的板上的涂层表面的DOI值，比用喷砂轧辊作表面轧制的钢板上的涂层的DOI值大4至5。

在表面轧制过程中，在工作轧辊和支承轧辊之间的赫兹压力是40公斤力/平方毫米。此时工作轧辊环形峰2单位面积上的实际所加的压力是500公斤力/平方毫米。

对上述钢板另外还进行了压力试验。在对用普通喷砂法毛面的钢板进行加压过程中，观察到了焙烧现象。而用最佳方案的激光束毛面的工作轧辊对钢板进行压力成形操作中没有看到焙烧现象。

实例5

类似于上述实例4，对用激光束毛面的工作轧 辊进行了均匀化处理。在均匀化之前，在工作轧辊的表面上的粗糙度Ra和Rz分别是2.1和26μm。这个工作轧辊用33公斤力/平方毫米的赫兹压力轻触在支承轧辊上。轧辊以每分20转的转速驱动三分钟。在均匀化后，粗糙度Ra和Rz分别降低到2.0μm和23μm。在这时，各不平整毛面部分的接触面积是0.0018平方毫米。

经均匀化的工作轧辊接着作零下低温处理以硬化表面层与上述实例类似，零下低温处理是通过把轧辊浸入液氮中加以完成的。这样制备的工作轧辊表面部分的切割截面与图43中所示的类似。但是，在这种情况下，第一即最外层是在零下低温处理中转变的马氏体组成的。

类似于上述第一实例，工作轧辊的对比实例是用常规喷砂加工法制备的。这一常规工作轧辊具有的表面粗糙度Ra为2μm和Rz25μm。

利用本发明工作轧辊和常规的工作轧辊对有0.8mm厚度和在冷轧后退火的低碳镇静钢进行了实验性表面轧制操作。表面轧制的压缩量为0.8%，在表面轧制后，所得钢板的表面轮廓是：

Sm/D＝1.3

Sm-D＝60μm

在表面轧制后，对钢板用磷酸盐系附加剂进行化学转化处理。此后覆盖了三层涂层。三层覆盖层具有下列的厚度;

底层：厚度18至20μm

中间层：厚度30至35μm

表面层：厚度30至35μm

在涂敷之后，用Dorigon仪测量了DOI值。类似于上述实例，用本发明的工作轧辊进行表面轧制的钢板上的覆盖层的DOI值比用对比的喷砂轧辊表面轧制的轧辊上的覆盖层的DOI值大4至5。

另一方面，

另外，利用前述的工作轧辊，对工作轧辊和钢板上的不平整毛面部分的粗糙度Ra的下降作了监测。当扩大轧制长度时，工作轧辊和钢板上的粗糙度Ra的变化示于图48和49中，轧制长度的增加是根据工作轧辊的旋转数导出的。在这时，工作轧辊的直径设定在Φ560mm。另一方面在用激光束毛面、均匀化和零下低温处理的工作轧辊上加上800公斤力/平方毫米的实际压力。从图48和49可以看出，在喷砂的工作轧辊上粗糙度下降的比例在表面轧制的初始阶段是较大的。正如在上述实例2中所示。与此相比，经零下低温处理的工作轧辊的粗糙度下降率甚至在表面轧制的初始阶段也不是很大的。此外经均匀化处理的工作轧辊的表面粗糙度降低率比喷砂轧辊的小得多。可是，经均匀化处理的工作轧辊比均匀化和零下低温处理的工作轧辊的粗糙度下降率为高，这一点可以从图48和49中明显看出。还在经激光束毛面、毛面操作后均匀化和此后经零下低温处理的工作轧辊的表面上进行了进一步的镀铬试验。不平整的切割截面、各层的硬度、表面轧制钢板的涂层表面的粗糙度Ra、工作轧辊表面和钢板表面的粗糙度的变化均表示在图50至54中。由这些图中可见，通过提供镀铬覆盖层可获得比较好的DOI值和比较小的粗糙度变化。

图55表示一用激光束对工作轧辊进行毛面作业的装置。工作轧辊的毛面装置其结构通常和车床、磨床等等的结构相同。这种装置包含一可旋转地支承材料轧辊101的轧辊支座102。轧辊支座102可以预定的旋转速度旋转以驱动材料轧辊101。

一激光束发生器安装于辊子支座102的附近。这激光束发生器经可伸缩的光束道管104a连接到激光头104。激光头104对着材料轧辊的外圆周并聚焦在辊子圆周的预定点上。激光头104有一基底104b，它和一平行于材料轧辊的螺旋杆105啮合。因此，根据螺旋杆的旋转具有基底的激光头在平行于材料轧辊的方法向被驱动。

通过调整轧辊支座102和螺旋杆105的驱动速度，决定轧辊表面粗糙度的不平整毛面部分的节距可加以调整。因此用调整轧辊和激光头的圆周和轴向进给速度以及激光束能量的强度（值），可以控制不平毛面部分的深度。

辅助气体113，例如氧气向材料轧辊上的112点发射，激光速111通过附加气体喷嘴114射向该处。辅助气体发射喷嘴相对于与激光束的轴线垂直的平面倾斜。在最佳方案中最佳的辅助气体发射喷嘴114的倾斜角θ是在60在90°的范围内。

图57和58是立体曲线图，表示由激光束照射形成的不平整毛面部分1。从图57和58可见，并作为揭示表面轧制工作轧辊本身的先前部分的解 答，各个不平整毛面部分1由波谷1a和沿着波谷的外圆周延层的环形波峰2构成。在图57和图58的曲线图中，图57的不平整毛面部区1在左侧具有较高的峰。在这情况下，施加在支承轧辊的轧制压力由较高的峰1a′承受。结果，表面轧制作业中，峰的磨损是比较大的。另一方面，当环形波峰2在整个波谷1a的圆周边缘的高度都是均匀的，那么峰的顶上的整个区域都承受轧制压力。因此，施加在峰的单位面积上轧制压力就变得较小从而使磨损减少。我们发现，如果峰的顶部高度平均的部分大于或等于波谷整个圆周边缘长度的60%，环形波峰2的磨损就可以大大减少。

为了试验用上述装置毛面的工作轧辊的性能，做了一实验。实验是用象实验室使用的那种小规模设备来做的。因此，由上述装置制备的工作轧辊的直径是70mm。材料轧辊的化学成分是：

碳：0.8重量百分

硅：0.8重量百分

锰：0.4重量百分

镍：0.15重量百分

铬：2.9重量百分

钼：0.29重量百分

钒：0.01重量百分

这种工作轧辊的成份都是构成轧制工作轧辊通常用的成份。在材料轧辊101的制备中，上述材料被熔化和铸造。在温度1100℃锻造比3.5下，铸锭受到锻压。然后，进行正火处理在950℃下收缩，接着在800℃的温度下进行碳化物的球化处理10小时，然后在700℃的温度下处理10小时。经处理的块料加工成预先确定的外形。加工后，经加工的块料被加热到900℃然后放入油中进行硬化处理，此后，再在650℃的温度下进行回火。经回火的块料再加工到最后的尺寸和外形。然后，经精加工的轧辊形状的块料用感应加热的方法，在900℃的温度下加热并放入水中淬硬。在淬硬以后，在150℃的温度下进行了低温回火处理。最后，对表面进行研磨。在上述一系列处理以后，材料轧辊的复合结构在马氏基体中的球状碳化物呈均匀分布。

在最佳实施方案的装置中脉冲激光束的发生中用了一个机械斩波器。作为激光器，使用了二氧化碳气体激光束。粗糙作业则用上述毛面装置进行。

激光照射的条件如下：

激光能量：2千瓦

脉冲频率：56千赫兹

能量密度：6.4×10⁶瓦/平方厘米

辐射周期：13微秒/脉冲

通过在上述条件下的激光束照射，在轧辊的表面形成不平整的毛面部分。这工作轧辊上形成的平整部分图示如下：

不平整度的节距：在圆周和轴的方向上为170μm，在轧辊表面上获得的糙粗度Rmax是15μm左右。在轧辊表面部分形成的各层的硬度分布和层的成份表示在图59。

对根据上述工艺过程进行毛面的轧辊作零下低温处理。在零下低温处理中，驱动轧辊使以每分10转的速度旋转。对着旋转的轧辊喷射温度-196℃的液氮。零下低温处理后，围绕轧辊的表面的各层的成份和硬度表示在图60中。通过比较图59和60可以看到，第一层即最外层，亦即熔化后再固化的金属层，通过零下低温处理进行硬化，使硬度增加。这是由于毛面的轧辊中的第一层中的奥氏体转变成马氏体的结果。

日本专利第一次公布（Tokkai）昭和51-45614，日本专利第一次公布（Tokkai）昭和54-159367包含了在低温喷射处理后，作零下低温处理以硬化轧辊表面的建议。可是，这种低温度的零下低温处理引起了不平整毛面部分的脆性的增加，即降低峰的粗糙度。业已发现，当奥氏体的含量减小时，脆性增加。60千米长度的带钢，在以每分100米的速度的表面轧制中，粗糙度的下降情形示于图61中。从图61可以看出，当奥氏体的含量减小得较多的时候，粗糙度下降是很大的。另一方面奥氏体增加至15%至30%时，粗糙度下降变得最小。为此，在最佳的处理中，进行了零下低温处理以使奥氏体维持在15%至30%的含量内。

图62表示具有0.8mm的厚度的低碳铝镇静钢在表面轧制中表面粗糙度的变化。对表面轧制，使用了在表面层中含有5%至20%的奥氏体的工作轧辊。从图62中可见，含有5%奥氏体的工作轧辊，粗糙度的下降率比含有20%奥氏体的工作轧辊的下降大得多。

对施加上述零下低温处理的工作轧辊进行了低温回火处理。上述低温回火处理在150℃的温度下 了导轨，导轨方向基本上与工作轧辊的纵轴成横向关系。激光头装置226是可移动的，用移动装置228沿着导轨可使激光头移向或离开工作轧辊。另一方面，激光头基座234可在平行于工作轧辊的纵轴的方向上移动。驱动机构类似于图55中的驱动机构。即，螺旋杆与激光头基座可驱动地啮合，使带激光头装置226的基座产生轴向移动，在数量上相当于螺旋杆的旋转量。

在实际的毛面操作中，由于激光束被聚焦作为高能束照射，不平整毛面区基本是一瞬间就在轧辊表面上形成。也就是说，激光束的照射使位于激光照射点的材料熔融并蒸发从而形成波谷和环形波峰。

为了调整圆周方向和轴向上不平整毛面的节距，提供了一个控制系统。这个控制系统包括一监控正在毛面操作的工作轧辊的表面状况监控系统。

该轧辊表面监控机构包括一带照明装置，该照明装置包括一光源240使用的是频闪光源。这个光源装置连接到由光学纤维组成的光通道242。光通道242在其端部分成两个支道242a和242b。

两个支道242a和242b都同光学检测头258结合，指向工作轧辊表面上共同的监控点M。光学检测单元258包括光闸254a和254b用作建立和阻断从光通道242的支道242a和242b的端部到监控制点M的光通道。在最佳结构中，光闸254a和254b彼此同步地打开和关闭。另一方面，光闸254a和254b又可用非同步的方式打开和关闭。

应该看到，尽管所示的实施例中的光道具有分叉的支道，但也可能为光路（光通道）提供三个或更多支道，用来把频闪光从不同方向照射到监控点M上。光束的照射方向的分开对检测工作轧辊上形成的不平整毛面部分的方向性是有利的。即，不平整毛面部分的波峰具有各向异性。波峰的各向异性可通过拾取从不同方向的照射光束所得的静止图像而加以检测。通过对检拾得的静止图像所进行的比较，可检测出各向异性。

在最佳的结构中，照射光束从一个包括从轧辊表面延伸的法线的共同平面发射。照射点选择得在上述平面上相对于法线彼此对称并具有一大于或等于60°的入射角。

为了选择光束的入射角，在不同的角度，即30°、45°和60°做过实验。各入射角的亮度数据示于图71中。从图71可看出，在入射角为60°时，平整部分和毛面部分上亮度差的灵敏度比低入射角的高很多。较高的角度可增加图像处理中的灵敏度。可是，较高的入射角要求系统的较大垂直高度。

考虑到这一情况，从系统的大小和性能的平衡来看入射角在大约60°是最佳的。

在监控点M的对面，装有一图像检拾装置244。在所示实施方案中应用的图像检拾装置，是用来拾取轧辊表面监控点上的放大的静止图像的。图像检拾装置244能自动聚焦。可用一聚焦设备246与图像检拾装置244结合。图像检拾装置244连接到一显示监控单元248和一图像数据处理单元250上。图像数据处理单元250处理从图像检拾装置244输入的图像数据，以得到输出信号。然后，输出信号经一输出单元252输出。图像数据处理单元250也连接到一时间控单元280和一激光控制单元282上。时间控制单元280控制光束的照射时间和图像的检拾。另一方面，激光控制单元282控制驱动单元228的作业，用以调整轧辊表面上激光束的照射点。和斩波器232的操作用以调整激光束照射时间和照射周期。

另一方面，图像检拾装置244装在一罩壳245内，罩壳245本身又装在可移动的基座上。导板260和262允许罩壳245在横向或轴向上移动。罩壳245与一驱动机构（图中未画出）结合一起，可沿着导板260移向或离开监控点M。另一方面，罩壳245可由驱动机构驱动沿着导板262在轴向移动。带有图像检拾装置的罩壳245的移动可与激光头的轴向移动同步控制。

上述控制系统中的控制操作将参照流程图，图69和图70加以描述。图69表示一主要控制程序，该程序用来根据图像检拾装置检取到的图像数据控制激光束毛面操作。

控制程序开始后，马上就在步序1002把整个系统初始化，在这一步序中，激光束强度工作轧辊的旋转速度，斩波器的旋转速度，轴向移动的节距以及其他毛面条件都初始设定。这个系统的初始设定是根据从激光控制设备282输出的控制信号进行的。即，在初始设定中，激光控制装置282输出指示激光头226，激光头226的轴向移动节距和 进行3小时。在这种低温处理后，围绕不平整毛面部分层的成份和硬度变化如图63所示。通过表面轧制，ε碳化物在马氏体层中沉积。ε碳化物的存在使硬度稍有降低，但也使脆性减小。

利用这工作轧辊作了表面轧制，对它进行了低温回火处理以得到0.8mm厚度的低碳铝镇静钢。这种表面轧制的粗糙度变化示于图64中。在图64中示出了对比的实例，后者是通过工作轧辊在相同条例下的进行表面轧制获得的，该轧辊没有进行回火处理。从图64中可以很明显地看出，经回火处理的工作轧辊显示表面轧制的全部长度中都出低的粗糙度下降率。

另外，对上述激光束毛面的工作轧辊的最佳实施方案，即用激光束毛面和零下低温处理的工作轧辊，进一步作了镀敷。即，首先最佳方案的激光束毛面工作轧辊用液氮经过零下低温处理的工作轧辊再用电镀（敷）的方法作处理以形成表面硬化层。镀层是用镀铬实现的。镀铬层的厚度和镀敷的条件如下：

电镀浴/使用的是三氧化铬：200克/升，硫酸：2克/升，电镀是在50℃的浴温和30安/平方分米电流密度下用静镀法进行的。铬覆盖层的厚度是10μm，电镀后，在工作轧辊上环线不平整毛面部分的表面部分的硬度分布和构成表示在图65中。从图65可看出，镀铬覆盖层形成为一表面层。因此，不平整毛面区1的表面部分由四表面层2a、2b和2c组成，它们都形成在基底金属2d上。表面层2p是厚度为10μm的镀铬层。

与上述相类似，利用工作轧辊进行表面轧制在它上面进行了低温回火处理以得到0.8mm厚的低碳铝镇静钢。表面轧制的压缩量为0.8。由于镀铬的覆盖层的存在，在表面轧制中粗糙度的变化是极小的，在50千米的表面轧制中，基本上没有看到粗糙度的变化。

另一方面，通过增加在不平整毛面区的波谷部分周围形成的环形峰的高度的均匀度可以减小粗糙度下降。为了获得高度均匀的环形峰，在用激光束毛面处理后，最后的施行均匀化处理。

均匀化处理可通过旋转地驱动与支承轧辊轻触状态的工作轧辊实现。如果工作轧辊压在支承轧辊上的压力过度，波峰高度的降低将使高度不足对钢板进行表面轧制。通过实验发现，均匀化处理的压力最好是60公斤/平方毫米。这就是说如果工作轧辊和支承轧辊之间的接触压力大小60公斤/平方毫米，环状峰高度的降低将达到不能接受的程度。因此接触方法均匀化处理时接触压力必须小于或等于60公斤/平方毫米。

例如，对具有0.5μm的表面粗糙度的工作轧辊，均匀化处理可在接触压力为40公斤/平方毫米下进行。在这种均匀化处理中，工作轧辊以相当于50米/分的轧制速度转动5分钟。

均匀化处理也可用研磨来完成。研磨可用磨石料或砂纸来完成。研磨操作可通过驱动工作轧辊来进行，使轧辊以预定速度旋转，例如低于或等于每分钟50转。将磨石料或者砂纸压在轧辊的表面上，压力低于或等于10公斤/平方毫米。

实用的研磨操作可通过旋转工作轧辊来完成，速度上相当于30米/分的轧制速度。作为研磨工具，可使用600号条形砂纸。把砂纸以大约5公斤/平方毫米的压力压在轧辊的表面。

另外，均匀化处理也可用喷，喷丸、喷砂等方法来实现。

通过均匀化处理，实际加到环状峰顶的单位面积上压力可减小。正如前面所述，加在单位面积上的压力最好是低于或等于1000公斤/平方毫米。

用各种方法加工的工作轧辊上和用工作轧辊进行表面轧制的钢板上和粗糙度的变化表示在图66（A）和图66（B）中。

图67表示最佳实施方案的控制系统，用以控制图55的工作轧辊毛面装置的操作。如图68所示，待毛面的工作轧辊210放在轧辊支座212工作轧辊可以在支座上转动。虽然图中表示得不很清楚，但也可以看出轧辊支座212包括一用作旋转驱动轧辊210的驱动机构。这驱动机构与旋转速度控制器214联系在一起。如图所示，激光束发生器装置220安装在轧辊支座的附近。这激光束发生器装置220包括一偏转器装置224用以偏转激光束通路225中的激光束。一偏转镜224a插在激光束的通路225内，将从激光束发生器输出的激光束偏向激光头装置226。激光头装置226包括一透镜装置230用以把激光束聚焦在工作轧辊的外圆周和旋转斩波器232的预定点上。旋转斩波器用来产生照射在轧辊圆周上的脉冲激光束。激光头安装在一激光头基座234上，在基座上安装 激光束在工作轧辊上的照射点之间初始位距离的控制信号，以控制驱动装置228移动激光头226，调整到工作轧辊的外圆周表面上的照射点的距离。工作轧辊和斩波器的旋转速度可置定在预定的初始值上。在步序1004，激光束毛面作业是按初始设定的条件进行的。为施行激光束毛面操作，激光控制装置282输出到斩波器驱动装置（图中未画出）使以初始设定的旋转速度驱动斩波器旋转。同时，激光控制装置282输出驱动工作轧辊机构的控制信号，使以初始设定的速度驱动工作轧辊旋转。在这时，来自激光控制装置282的指示毛面作业性能的控制信号被输入到图像处理单元250。此图像处理单元250响应来自激光控制信号的输入而输出控制信号到时间控制单元280。时间控制单元280响应来自图像处理单元250的输入而输出控制信号到图像检拾装置244，频闪光源240、光闸254a和254b以在步序1006同步地操作这些元件。结果，在步序1006检取工作轧辊表面的静止图像。在步序1006检拾到的图像数据被输入到图像处理单元250并贮存在该单元的信息存储器251中。然后在步序1008对这些图像数据按以熟知的图像处理方式进行处理。在步骤1010，根据经处理的图像数据，表面部分的性质，即不平整毛面部分的构形，它的大小、不平整部分的节距等等加以计算。计算所得的数据是数字形式的数据，用来在步序1012同预定值进行比较。

当从计算得到的数字数据与预定值相等或者在预定值附近的可接受的范围以内，工作轧辊的整个表面的毛面操就按步骤1002设定的条件进行。此后，程序进行到步骤1014。在步骤1014，检查毛面作业是否完成。步骤1014的检查重复进行直到工作轧辊的全部表面被毛面化为止。

如果数字数据不同于预定值或都在预定值的可接受的范围之外，则在步骤1016以预定的比率或值更新步骤1002所设定的值。然后程序返回到步骤1004，在步骤1004执行毛面操作，在步骤1006进行图像拾取操作，在步骤1008中的图像处理程序，在步骤1010中的数字数据计算，及在步骤1012中的数字数据与预定值的比较运算。故步骤1004，1006，1008，1010，1012及1016反复循环直到所得到的毛面情况的数字值能与给示的预定值相匹配或在可以接受的范围以内，当得到的数据与预定值相匹配或者相对于预定值在可接受的范围之内时，则毛面（拉毛）情况被固定于该回路的前一循环中步骤1016所设定的情况。

图70表示在步骤1008的图像处理步骤中所执行的子程序。在步骤1102中，所拾取的放大了的静止图像数据从段存贮器251中读出。在步骤1104中将图像数据的每个像素数据与阈值相比较以获得二进位图像数据。由在步骤1104中所获得的二进制的图像数据代表的图像如图72所示。在步骤1104之后，在步骤1006中去掉在二进数图像数据中所包含的奇点。可以通过使图像加深来实现去掉奇点数据，加深的方法是降低阈值或忽略掉比预定面积小的暗区。在步骤1106之后，在步骤1108中去掉图像数据的外帧的不平整的毛面部分的图像数据，从而选出要选择的图像数据。在图72的例子中，去掉在是在帧上的C₁₀和C₁₁的不平整毛面部分的图像数据。此后在步骤1110中计算每个剩下的不平整毛面部分C₁～C₇的图形，在轴向D中的距离P，及在圆周方向中的F。在步骤1110之后，过程返回到主程序。

通过实现以上控制操作，可以调整毛面情况来获得预定的大小及在轴向及圆周方向上有预定距离的不平整毛面部分的图形。

本发明的毛面控制系统的另一实施例如图73所示。此实施例应用触针式粗糙度量规装置322。粗糙度量规装置322装在X-Y台22上，该台允许粗糙度量规在其中所设立的X-Y坐标系统上移动。

将粗糙度量规322设计成能保持针与轧辊表面相接触，以使针沿着轧辊表面上的不平度而移位。粗糙度量规监视针的行程，从而探测出在轧辊表面上的不平度以便产生粗糙度指示信号，该信号随相对于量规的表面位置而变化。将粗糙度指示信号送到处理装置324，该装置对输入信号进行处理以便判断是否在工作轧辊表面上的粗糙度情况与预定的情况相匹配、基于此点，处理装置324产生控制信号经输出装置326输出到激光控制装置336。激光控制装置336以从处理装置来的输入信号为基础而导出控制信号。该控制信号从激光控制装置输出到工作轧辊旋转控制器338，到驱动机构340，该驱动机构将工作轧辊横向驱动到轧辊并输出到在激光光束头330中的斩波器342，该光束头 射出由激光束产生器334，所产生并经由激光束路径332所传送出去的激光束。

在实际控制过程中，对轧辊表面的粗糙度进行检测，此时把轧辊表面看作二维平面。用针在轧辊表面实现扫描的图形如图74所示。从图74中可看出，扫描是在对应于工作轧辊的轴向的X轴方向上进行的。每个扫描基本上与工作轧辊的纵轴平行。在Y轴方向上的扫描线的间距△y设置成基本上小于工作轧辊的周边长度的间距，以致轧辊的曲率可以基本上不影响粗糙度探测的结果。

如上所述假设在X轴方向上的取样间隔为△X（μm），在y轴方向上的扫描线的间距为△y（μm，），又设在每根扫描线上的取样数为m，扫描线数为n，被扫描的区域可以用：

△X×（m-1）×△y×（n-1）〔μm²〕加以表示。

在建立在X-Y坐标系统上的三维坐系统中的轧辊表面上的每个取样点的坐标可以为（Xi，Yj，Zij），即可以获得下列三个方程式：

Zij＝f（Xi，Yi）……（1）

其中：f为代表轧辊表面的不平整外形的函数。

Xi＝△X×（i-1）……（2）

其中：i＝1，2，……（m-1）

Yi＝△y×（j-1）……（3）

其中：j＝1，2，……n

此处，在每个取样点的偏差△Zij可以定义为：

△Zij＝｛α·f·（Xi，Yj）｝/α·Xi

＝｛f·（Xi+1，Yj）-f·（Xi，Yi）｝/｛（Xi+1）-Xi｝

＝（i+1，j-1）/△x……（4）

其中：i＝1，2，……（m-1）

j＝1，2，……（n-1）

从此处可以明白，△Zij代表相邻的取样点之间单位高度差。故在监视区可以获得（m-1）×（n-1）个△Zij。然后（m-1）×（n-1）个△Zij分为已知数量的区域，例如2β个。区域间的距离被设定为α。从其可以建立下列公式：

α×｛-β+（K-1）｝≤Zij＜α×（-β+K）……（5）

其中：K＝1，2，……2β

设α×（-β+（K-1）｝相当于r，可将上面的公式（5）改为：

r（K）≤Zij＜r（K+1）……（6）

此处将由上述公式（6）所定义的每个区域设定为“A（k）”及将相对于总数｛（m-1）×（n-1）｝的每个区域A（K）中的偏差指示值△Zij的数目设定为T_O（K）。此外，将相邻区域的T_O的平均值设定为“T（K）”。此T可以表示为：

T（k）＝1/2×｛T（K）+T（k-1）｝……（7）

其中：K＝1，2……（2β-1）

取此K为水平轴，T的变化的曲线可以表示为如图75所示。此图表示偏差｛α×（-β+K）｝。此处，在K（＝β）处的T值为Tmax。在范围（β-2）≤K≤（β+2）内的T值的和值为△Wα、Tmax指在△Zij为零时的表面上的粗糙度情况之比。在另一方面，△Wα代表△Zij1≤2α处的粗糙度情况之比。这些值代表在毛面轧辊表面上的平坦面积的面积比。

为了了解在上述值Tmax和△Wα对用毛面工作轧辊作表面轧制的金属板的涂漆表面上图像清晰度的关系，进行了试验。在试验中，使用了光亮轧辊（样品A），喷砂处理的轧辊（样品B）及激光毛面的轧辊（样品C）。利用上述的粗糙度量规监视每十个样品A、B、及C，其条件为：

m＝500

n＝160

α＝0.03

β＝20

测量的结果如附表2所示。在表2中，SRa为代表围绕在工作轧辊表面上的不平整毛面部分的波谷所形成环状峰的高度的值。从试验中可证实了Tmax和△Wα的较大值显示较大的图像清晰度。

图77为流程图，表示用图73的毛面控制系统所实现的工作程序。在程序的实际执行中，在步骤1202中在开始执行以后立即设定轧辊毛面情况，在步骤1204中根据在步骤1201中所设定的毛面情况，仅仅在工作轧辊的一端实现毛面程序。在步骤1206中在完成已知面积的毛面程序之后暂时停止毛面程序。在此情况下在上述过程中实现粗糙度测量。

在步骤1208中，根据在步骤1206中所获得 的粗糙度指示信号值实现导出上述值例如Tmax、Wα等的算术运算。在步骤1210中将所得出的值分别与代表所要的粗糙度情况的相应的参考值相比较。在步骤1210中，如果导出值与参考值相匹配或在给定的可接受的范围以内，则在步骤1212中开始连续毛面程序。在此情况下，在步骤1202中所设定的毛面情况下实现毛面化程序。

在另一方面，如导出值与参考值不相匹配或在可接受的范围以外，则过程返回到步骤1202以便根据已知程序表来改变毛面情况。步骤1201，1204，1206，1208及1210进行反复，直到能得到Tmax，△Wα等与可与参考值相匹配或在可接受的范围之内的毛面情况为止。

因而，图73的实施例提供了激光束毛面工作轧辊所要的表面情况当本发明用最佳实施例对本发明进行了揭示以便易于对本发明作更好的理解时，应该明白，本发明可以以种种方式加以体现而不离开本发明的原则。因而应理解本发明为包含一切可能的实施例及对所示实施例的变形，而这些实施例在不偏离所附的权利要求中所确立的发明的原则就能加以体现。

表1

试样A    试样B    试样C

平均D

122.5    110.0    254.0

（μm）

平均Sm

186.3    121.1    444.5

（μm）

表面粗糙

度情况

Sm/D    1.52    1.10    1.75

η（%）    78.7    57.9    86.1

（SM-D）₁（μm） 64.0 11.0 190.0

（SM-D）₂（μm） 131 61 375

压力试验的结果    轻微焙烧    无焙烧    焙烧

表2

轧辊 Tmax（%） W₂α（%） SRa（μm）

光亮度    35～50    75～95    0.2～0.25

SB    10～20    25～45    1.1～3.0

LD    20～30    45～65    0.9～3.2

Claims (15)

1、一种用于表面轧制金属薄板的工作轧辊包括，

由相互隔开一定距离的多个不平整部份组成的圆周表面，其特征在于每一不平整部份由凹陷和环绕所述凹陷的突起的环状圈所组成，所述的不平整部份被安排成相邻的不平整部份之间中心到中心的距离与不平整部份的外部尺寸的比例在0.85至1.7范围内，以及中心到中心的距离和外部尺寸差小于280μm。

2、如权利要求1所述的工作轧辊，其特征在于所述的突起至少具有一硬化的表面层。

3、如权利要求2所述的工作轧辊，其特征在于所述的工作轧辊的所述的不平整部份的表面部份是由几层不同组合的层所组成，这些层包括具有给定马氏体组成率的第一最外层，包含有马氏体和ε碳化物的与所述第一层相邻的第二层，和包含马氏体和碳化物的第三层。

4、如权利要求3所述的工作轧辊，其特征在于所述的第一层的厚度在5μm至30μm范围内，所述的第二层的厚度在5μm至30μm范围内，所述的第三层的厚度在5μm至30μm范围内。

5、如权利要求4所述的工作轧辊，其特征在于所述的第一层还包含给定组分率的奥氏体。

6、如权利要求4或5所述的工作轧辊，其特征在于在所述的不平整部份上的所述的表面部份有一层覆盖层覆盖在所述的第一层上。

7、如权利要求6所述的工作轧辊，其特征在于所述的表面覆盖层是电镀形成的。

8、如权利要求7所述的工作轧辊，其特征在于所述的表面镀层由铬组成。

9、一种用于对金属薄板进行表面轧制的工作轧辊进行毛面处理的方法，包括

提供欲加以毛面的材料轧辊以及支承所述的材料轧辊，

材料轧辊包括有C和Cr的高组分率经过硬化的锻造轧辊钢，经气化处理、硬化处理和低温回火处理，

驱动用来在所述材料轧辊的外周面的预定位置进行照射激光束的激光装置其特征在于所述的激光装置的激光束向着照射点且被调整至其能量密度在5×10至9×10W/cm的范围内，以形成由凹陷和环绕所述的凹陷的突起的环状圈所组成的不平整部分，其中所述的激光束向着照射点照射持续时间在30-100μscc.范围内，

驱动所述的材料轧辊以设定的转速转动以形成一些周界地对准的不平整的部份，

使所述的材料轧辊和所述的激光装置在轴向相对位够以轴向移动所述的照射点来形成在轴向相互隔开一定距离的各个排列成行的不平整部份，

对经过毛面的轧辊表面在小于和等于-40℃下进行零下低温处理以硬化所述的不平整部份的表面层，尤其使上述所述第一层含有给定组分率的奥氏体。

10、如权利要求9所述的方法，其中在所述不平整部分的所述的表面部分具有由金属组分镀层、离子镀层和Cr镀层的形成钛表面覆盖层覆盖在所述的第一层上，

11、如权利要求10所述的方法，其中所述的表面覆盖层是由电镀组成，电镀为镀铬。

12、如权利要求9所述的方法，它进一步地包括对由所述的毛面处理形成的所述的不平整部份进行均匀化处理的步骤，均匀化是在表面轧制过程中提供一个与支承辊实际接触的接触区，在该接触区上施加低于1000公斤力/平方毫米的力。

13、一个用来制造用于金属薄板轧制工作轧辊的设备，包括：

用于支承材料轧辊的支承装置及驱动装置，激光束装置，控制系统和冷处理装置，其特征在于激光束装置的激光头安装在激光头基座上，在基座上安装了导轧，导轧方向基本上与工作轧辊的纵轴成横向关系，另外，带动激光头装置的基座产生轴向移动的驱动装置包括螺旋杆，它安装成与激光头基座可驱动地啮合，所述的控制系统包括一监控机构，该监控机构包括一照明装置，该照明装置包括一光源，使用的是频闪光源，这个光源装置连接到由光学纤维组成的光通道，光通道在其端部分成两个支道，

两个支道都同光学检测头结合，指向工作轧辊表面共同的监控点M，

在监控点M的对面装有一图像检拾装置，图象检拾装置连接到一显示监控单元和一图象数据处理单元上，同时，图象数据处理单元也连接到一时间控制单元和一激光控制单元上。

14、如权利要求13所述的设备，它进一步包括用来对轧辊表面进行均匀化处理以在表面轧制的过程中调节所述的轧辊表面和支承辊的接触面积至预定值的装置。

15、如权利要求14所述的设备，其中所述的激光装置为600W-2500W的CO₂激光器。

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