CN1087846A

CN1087846A - 表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板及其生产方法

Info

Publication number: CN1087846A
Application number: CN 93109710
Authority: CN
Inventors: 陈光南; 杨明江; 林斌; 纪全
Original assignee: Institute of Mechanics of CAS
Current assignee: Institute of Mechanics of CAS
Priority date: 1993-08-12
Filing date: 1993-08-12
Publication date: 1994-06-15

Abstract

本发明涉及一种表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板及其生产方法。本发明的具体解决方案为：冷轧薄钢板，其特征在于：该薄钢板表面轮廓高度中心线算术平均值(即：表面粗糙Ra)在0.3～2.0微米这个范围内，构成上述表面粗糙度的显微形状为：底部带有一马蹄形的凹槽，马蹄形的凹槽呈圆滑状。上述冷轧薄钢板的生产方法，其特征在于：在冷轧工艺中，开坯后第二道次用激光毛化辊进行轧制，热处理工艺前最后一道次用激光毛化辊进行轧制。本发明可提供一种成材率和生产效率高、表面和使用性能优良的冷轧薄板及其生产方法。

Description

本发明涉及一种表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板及其生产方法。采用本生产方法，钢板表面的形貌是由经高能束流（如激光）毛化处理的工作辊通过冷轧和平整工序复制而成的。钢板表面的这种有一定尺寸和分布要求的特殊形貌与图案，可以防止冷轧钢卷在退火时发生粘结现象，可以在赋予钢板以优良使用性能（如冲压成形性，对涂镀层的附着力及涂镀后的板面光亮度等）的同时改善轧制工艺与板形。

现有的钢板在大压下量冷轧后的退火过程中层与层之间经常发生粘结现象，使后道工序平整轧制难以顺利进行，粘结现象严重时，退火冷轧钢板整卷甚至整炉报废，导致成材率下降，生产效率低，同时也损害平整工作轧辊的使用寿命和产品质量。造成冷轧板退火粘结的主要原因有三点：第一，热处理工艺制度（如炉温过高或保温时间过长等），第二，钢板冷轧后卷取张力过大，第三，钢卷内层与层之间接触面过大。实践表明：钢板愈薄，钢卷内层与层之间接触状态对产生粘结的影响愈大。本发明正是基于这一思路，从改善冷轧板的表面状态入手，提出了消除冷轧薄钢板退火粘结现象，改善产品质量的新的工艺方法。

现有的冷轧薄钢板与本实用新型的生产工艺流程相同（如图1所示）：第一步：热轧板卷原料;第二步：酸洗;第三步：冷轧、冷轧卷成品;第四步：退火热处理、退火钢卷成品;第五步：平整轧制;第六步：纵剪分卷;第七步：成品板卷。

本实用新型热轧板卷原料为厚度在1.5～3.5mm之间的热轧或冷轧薄钢卷板。

如果原料为热轧板卷，则冷轧前需用适当浓度的硫酸或盐酸对钢卷进行酸洗，以清除其表层氧化铁皮。冷轧式序的总压下变形量约为40～95%。现有的工艺一般采用砂轮磨光辊来冷轧板。由于辊面磨痕沿周向分布且深浅不一，故轧制后在板面形成沿轧制方向的深浅不一的长条状轧痕和擦伤。这种表面形貌难以有效地减少钢卷中层与层之间的接触面，表面上那些尖锐的轧痕峰易在层与层接触时，划伤对方，造成热处理时金属原子相互扩散出现粘结现象，致使钢卷整卷甚至整炉报废，严重影响冷轧的成材率和生产效率。

为此，本实用新型对酸洗后的钢卷首先砂轮磨光辊开坯（也可用后面所述激光毛化工作辊开坯），第二道次用带有特殊形貌和图案的激光毛化工作辊（已申报中国专利）轧制，中间冷轧道次可用上述激光毛化辊，也可用普通砂轮磨光辊，最后冷轧道次再次使用上述激光辊轧制以防止钢卷在下一道工序退火热处理时发生粘结现象。冷轧后的钢卷可作为成品直接出厂，也可转入下道工序。

要进行退火热处理的钢卷需要松卷重绕以降低卷中张力。

退火热处理在还原气氛中进行，退火温度：600℃～700℃，保温时间：5～10小时。热处理后的钢卷可作成品出厂，但有成形要求的成品板还必须进行平整轧制，以消除物理屈服点和屈服平台。

现有平整工艺采用喷丸辊进行平整轧制，所生产的钢板表面形貌是随机的，深浅不一的，难以进一步提高冲压成形时板与模具间的润滑效果和材料的流动能力，尤其是难以保证这种板冲压后的表面涂漆光亮度。

本实用新型的平整轧制采用带有特殊形貌和图案的激光毛化工作辊进行。平整工艺条件为：压下量，0.5～3%;张力，50～150MPa;速度50～300M/min。

平整后的钢卷需要根据用户要求或分条。边部毛刺≤0.05mm，分条宽度公差为：±0.1mm。

按上述生产方法（已申报中国专利）本实新型的性能指标为：

抗拉强度：σb≥250MPa，

屈服强度：σ0.2为100～300MPa，

延伸率：δ≥20%，

表面硬度：HV为70～200。

本发明的目的是提供一种成材率和生产效率高、表面和使用性能优良的冷轧薄钢板及其生产方法。

本发明具体的解决方案为：一种表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板及其生产方法，其特征在于：该薄钢板表面轮廓高度中心线算术平均值（即：表面粗糙Ra）在0.3～2.0微米这个范围内，构成上述表面粗糙度的显微形状为：底部带有一平台的椭圆形封闭式微坑，在椭圆形长边走向的周边处有一马蹄形的凹槽，马蹄形的凹槽呈圆滑状;其断面尺寸的参数满足下列条件：

微坑外缘沿长轴和短轴的直径分别为：D1、D2;

微坑内缘沿长轴和短轴的直径分别为：d1、d2;

长轴方向微坑中心间距离为：Sm1;

短轴方向微坑中心间距离为：Sm2;

微坑内平台平均直径：do＝d1+d2/2，50μm＜do＜150μum;

微坑中心间平均距离：Sm＝Sm1+Sm2/2，50μm＜Sm＜300μm;

板面微坑深度：h1＜5μm并且，h1≤所轧钢板厚度的1%;

微坑中心平台至板平面之间的高度：t1＜3μm。

钢板表面平面度满足如下关系式：

n-单位面积内总平面度，其中，0.6＜n＜0.95;

n1-单位面积内坑内平面度;

n2-单位面积内坑外平面度;

在Sm1/D1≥1 Sm2/D2≥1的条件下有：

n＝n1+n2＝1-0.785D1D2（1-k1k2）/Sm1Sm2

式中：n≤k1＝d1/D1≤1，0≤k2＝d2/D2≤1。

一种表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板的生产方法包括：热轧薄钢板的酸洗、大变形冷轧工艺、热处理工艺、冷轧薄钢板的平整，其特征在于：

a.在轧制工艺中，开坯后第二道次用激光毛化光辊进行轧制，热处理工艺前最后一道次再用激光毛化辊进行轧制。

b.在平整轧制工艺中：压下量为：0.5～3%;前张力为：7.5kgf/mm²～15kgf/mm²;后张力为：3.75kgf/mm²～13.6kgf/mm²。

本实用新型与现有薄钢板主要的生产流程为：

将厚度为2.0～3.0mm的热轧板进行酸洗，清除钢板表面的氧化铁皮;然后进行冷轧（多道次压下），轧至接近成品厚度;重卷后，装炉进行退火热处理，使材料再结晶和消除其残余应力;退火后薄钢板软化，材料具有拉伸物理屈服点和屈服平台。为此，需要进行平整轧制，消除屈服点和屈服平台。

现有的冷轧工艺中一般采用磨光辊。由于磨光辊的表面有长条状砂轮磨痕，圆度差，因而在轧钢时，辊与薄钢板之间容易出现打滑，噪音大，既划伤薄钢板表面、影响板形，又损害轧辊的使用寿命。同时，用磨光辊轧制时，由于咬入条件差，道次压下量低，噪音大，轧后钢卷退火热处理时易粘结。平整这种退火钢卷时，易发生粘辊、断带，致使成品板表面质量差，成材率和生产效率低下。

为改善轧制工艺和板形，防止薄钢板轧后热处理时出现粘结现象，需要对冷轧工作辊表面进行激光毛化处理，形成有一定尺寸与分布的表面硬化质点群。辊面形貌通过冷轧加工复制到薄钢板表面。

在本发明的冷轧工艺中，开坯后第二道次用激光毛化辊进行轧制，热处理前最后一道次再用激光毛化辊轧制。本发明中使用的冷轧工作辊采用了激光毛化方法，即用脉冲激光在轧辊表面按一定的分布局部熔融辊面材料，同时用辅助气体将融物吹出熔池，在池边缘和池外冷却形成凸包。由于加热时间短促，靠轧辊自身冷却的温度梯度很大，熔融物迅速冷却、形成超细晶粒，平均晶粒直径（≤1μm）为现有处理方法的几十分之一，增加了材料的强度和耐磨损能力。由于局部激光淬火，在轧辊表面作用区形成了三层硬化层结构：最表层为超细晶和隐针马氏体硬化层，其硬度≥HRV900，层深约20μm。第二层是热影响区，其硬度约为：HRV850，厚度约20μm。内层为原来基体，其硬度约为：HRV800（如图1所示）。由于上述加工，在辊面形成的凹坑在轧制过程中，通过储油加强了润滑作用同时收集磨损碎颗粒，高硬度（HRV≥900）的辊面凸包在轧制过程中，由于能迅速咬入钢板，因而减少轧制中的打滑现象，改善了板的表面质量和板形并且有利于轧辊与所轧钢板的分离。冷轧工作辊经激光毛化处理后，局部熔融硬化点硬度≥HRV900。这样可在相对较软、韧性较好的轧辊表面上形成按一定间隙均匀分布的硬质点，这些硬质点可以大大提高轧辊的耐磨损能力。而较软的基体则可起变形缓冲作用，有利于提高轧辊与的使用寿命。

图1为本发明中使用的工作辊激光毛化坑改性（硬化）情况示意。

图2为本发明中使用的工作辊表面微坑形状的断面图。

图3为本发明中使用的工作辊形貌图。

本发明中使用的冷轧工作辊（已申报中国专利）其特征在于：该轧辊表面轮廓高度中心线算术平均值（即：表面粗糙度Ra）在1.0～3.0微米这个范围内，构成上述表面粗糙的显微形状为椭圆形封闭式微坑，在椭园形长边走向的周边处有一马蹄形的突起，其断面尺寸的参数满足下列条件：

微坑外缘沿长轴和短轴的直径分别为：D1、D2;

长轴方向微坑中心间距离为：Sm1;

短轴方向微坑中心间距离为：Sm2;

微坑外缘平均直径：D＝D1+D2/2，50um＜D＜250μm;

微坑间距离：Sm＝Sm1+Sm2/2，50μm＜5m＜300μm;

凸包高度：h≤10μm

坑深度：H≤20μm并且，H≤所轧薄钢板厚度的1%;

椭圆度：0.5≤e＝a/b≤2.0

其中，马蹄形的突起呈园滑状。所述的微坑和突起具有一硬化的表面层。其硬化层结构包括：最表层超细晶粒和隐针马氏体硬化层，层深为：10～30μm;第二层的热影响区和内层的基体。

本发明使用的冷轧工作辊由于采用了上述轧辊表面形貌设计，有效的减少了钢卷内层与层之间的接触面积，增加了润滑面积，因而有效地防止热处理时钢卷的粘结现象。同时，改善了轧制咬入和摩擦条件，提高了压下量和轧制速度，改善了板形。

而在现有的平整轧制工艺中，平整工作辊用喷丸毛化辊，即用具有一定尺寸的小钢球在高速气流作用下，喷射到轧辊表面，通过局部变形形成微坑，同时作用区的材料因冷作变形而硬化（辊面硬度较喷丸前略有提高）。由于钢球的尺寸在喷丸过程中会因磨损而不断减少，甚至破裂，它们在轧辊表面造成微坑的尺寸和形状也不规则、深浅不一、分布不均。由于辊面硬度较低，复制到被轧钢表面的辊面形貌的尺寸和形状性衰减很快，形貌的重现性差，影响钢板表面质量的一致性。此外，喷丸设备占地面积大，喷丸过程中会因钢球撞击轧辊发生破碎，产生粉尘和噪音污染。

本发明中使用的平整工作辊采用了与本发明中使用的冷轧工作辊相同的激光毛化方法。根据钢板的使用及轧制工艺和改善板形的要求在辊面实现有一定尺寸与分布的表面硬质点群，用这种工作辊平整后即可获使用性能优良的薄钢板成品。

本发明中使用的平整工作辊（已申请中国专利）其特征在于：该轧辊表面轮廓高度中心线算术平均值（即：表面粗糙度Ra）在0.3～2.0微米这个范围，构成上述表面粗糙度的显微形状为椭圆形封闭式微坑，在椭圆形长边走向的周边处有一马蹄形的突起，其断面尺寸的参数满足下列条件：

微坑外缘沿长轴和短轴的直径分别为：D1、D2;

微坑内缘沿长轴和短轴的直径分别为：d1、d2;

长轴方向微坑中心间距离为：Sm1;

短轴方向微坑中心间距离为：Sm2;

微坑外缘平均直径：D＝D1+D2/2，50μm＜D＜250μm;

微坑中心间平均距离：Sm＝Sm1+Sm2/2，50μm＜Sm＜200μm;

凸包高度：h≤5μm

坑深度：H≤10μm并且，H≤所轧钢板厚度的1%

椭圆度：0.5≤e＝a/b≤2.0

其中，马蹄形的突起呈园滑状。该平整工作辊用激光毛化制得。

钢板表面平面度满足如下关系式：

n-单位面积内总平面度，其中，0.6＜n＜0.95;

n2-单位面积内坑内平面度;

在Sm1/D1≥1 Sm2/D2≥1的条件下有：

n＝n1+n2＝1-0.785D1D2（1-k1k2）/Sm1Sm2

式中：n≤k1＝d1/D1≤1，0≤k2＝d2/D2≤1。

所述的微坑和突起具有一硬化的表面层，硬化层结构包括：最表层超细晶粒和隐针马氏体硬化层，层深为10～30μm;第二层的热影响区;内层的基体。

与喷丸辊平整出的板相比较经激光毛化辊平整出的薄钢板表面坑形规则、均匀;尺寸、分布可控，平面度高;凸包圆滑、板形和表面质量好、成品率高;杯突值比喷丸辊平整出的钢板提高5～10%;比砂轮磨光辊所轧板提高10～20%;延伸率较喷丸板提高约5%以上。同时，激光毛化辊寿命长、硬度高，工作环境好。

图4为激光平整辊和喷丸毛化辊寿命比较。

本发明与现有工艺相比较的优点及积极效果如下：

1.提高所轧钢板的冲压性能和涂漆镀层光亮度。

2.改善板形和轧制工艺。

3.改善和提高钢带的塑性变形能力。

4.带钢的延伸率提高5%以上。

5.冲压性能杯突值比喷丸板提高5～10%。冲压性能杯突值比砂轮磨光辊板提高约20%。

6.涂漆光亮度DOI值提高3-4。

7.提高涂层附着力。

8.板形合格率提高（比较砂轮磨光辊轧板15%）。

9.提高成材率：5～10%以上。

图5为本发明的生产工艺流程图。

图6为本发明的微坑断面图。

图7为本发明板面坑形及平面度计算示意图。

图8为本发明的形貌图。

图9为本发明与喷丸板表面粗糙度曲线比较。

下面结合附图对本发明作进一步说明：一种表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板，其特征在于：该薄钢板表面轮廓高度的中心线算术平均值（即：平均表面粗糙度Ra）在0.3～2.0微米这个范围内，构成上述表面粗糙度的显微形状为：底部带有一平台的椭圆形封闭式微坑，在椭圆形长边走向的周边处有一马蹄形的凹槽，其断面尺寸的参数满足下列条件：

微坑外缘沿长轴和短轴的直径分别为：D1、D2;

微坑内缘沿长轴和短轴的直径分别为：d1、d2;

长轴方向微坑中心间距离为：Sm1;

短轴方向微坑中心间距离为：Sm2;

微坑内平台平均直径：do＝d1+d2/2，do＝100μm;

微坑中心间平均距离：Sm＝Sm1+Sm2/2，Sm＝150μm;

板面微坑深度：h1＝2μm并且，h1≤所轧钢板厚度的1%;

微坑中心平台至板平面之间的高度：t1＝0.5μm。

钢板表面平面度满足如下关系式：

n-单位面积内总平面度;其中，0.6＜n＜0.95

n1-单位面积内坑内平面度;

n2-单位面积内坑外平面度;

在Sm1/D1≥1 Sm2/D2≥1的条件下有：

n＝n1+n2＝1-0.785D1D2（1-k1k2）/Sm1Sm2

式中：n≤k1＝d1/D1≤1，0≤k2＝d2/D2≤1。

a.在轧制工艺中，开坯后第二道次用激光毛化辊进行轧制，热处理工艺前最后一道次再用激光毛化辊进行轧制;

b.在平整轧制工艺中，压下量为：1%;前张力为：8kgf/mm²;后张力为：4kgf/mm²。

实施例1：热轧板经酸洗后的原料开坯后第一道次开始用磨光辊进行轧制，开坯后第二道次用激光毛化辊进行轧制，热处理工艺前最后一道次再用激光毛化辊进行轧制。其它道次仍用原来的磨毛辊。

实施例2：热轧板经酸洗后的原料开坯后第一道次即开始用激光辊进行轧制。开坯后第二道次用激光毛化辊进行轧制，热处理工艺前最后一道次再用激光毛化辊进行轧制。其它道次也用激光毛化辊。

为了使钢板的表面形貌既能保证钢板有良好的冲压成形性，又能有优良的涂镀表面光亮度和对涂镀层的附着力，必须寻找一组表面形貌参数的最佳配合。上图表明了钢板表面微坑间形状参数的关系。图中D1、D2、d1、d2和Sm1、Sm2分别表示沿椭圆长轴和短轴方向的，微坑外沿直径，内沿直径及微坑中心距离在Sm1/D1≥1和Sm2/D2≥1的情况下，如图7所示，单位总面积At＝Sm1×Sm2

单位面积内平面面积

Ap＝Ap1+Ap2

＝At-1/4（D1D2-d1d2）

＝At-1/4D1D2（1-k1k2）

单位面积的总平面度＝n1+n2

＝Ap/At

＝1-0.785D1D2（1-k1k2）/Sm1Sm2

式中：k1＝d1/D1，K2＝d2/D2

n＝n1+n2＝1-0.785D1D2（1-k1k2）/Sm1Sm2

式中：0≤k1＝d1/D1≤1，0≤k2＝d2/D2≤1。其中，k1，k2为与平整压下量和工作辊表面微坑有关的系数，k1＝k2＝0时d1＝d2＝0，表明：微坑内，无平面面积，此时钢板表面平面度最小。k1＝k2＝1时d1＝D1，d2＝D2，即板面无凹坑，钢板平面度最大。

Claims

1、一种表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板，其特征在于：该薄钢板表面轮廓高度中心线算术平均值(即：平均表面粗糙度Ra)在0.3～2.0微米这个范围内，构成上述表面粗糙度的显微形状为：底部带有一平台的椭圆形封闭式微坑，在椭圆形长边走向的周边处有一马蹄形的凹槽，马蹄形的凹槽呈圆滑状；

其断面尺寸的参数满足下列条件：

微坑外缘沿长轴和短轴的直径分别为D1、D2；

微坑内缘沿长轴和短轴的直径分别为：d1、d2；

长轴方向微坑中心间距离为：Sm1；

短轴方向微坑中心间距离为：Sm2；

微坑内平台平均直径：do=d1+d2/2，50μm＜do＜150μm；

微坑中心间平均距离：Sm=Sm1+Sm2/2，50μm＜Sm＜300μm；

板面微坑深度：h1＜5μm并且，h1≤所轧钢板厚度的1%；

微坑中心平台至板平面之间的高度：t1＜3μm。

2、根据权利要求1所述的表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板，其特征在于：钢板表面平面度满足如下关系式：

n-单位面积内总平面度，其中，0.6＜n＜0.95;

n1-单位面积内坑内平面度;

n2-单位面积内坑外平面度;

在Sm1/D1≥1 Sm2/D2≥1的条件下有：

n＝n1+n2＝1-0.785D1D2（1-k1k2）/Sm1Sm2

式中：n≤k1＝d1/D1≤1，0≤k2＝d2/D2≤1。

3、一种表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板的生产方法包括：热轧薄钢板的酸洗、大变形冷轧工艺、热处理工艺、冷轧薄钢板的平整，其特征在于：

a.在冷轧工艺中，开坯后第二道次用激光毛化辊进行轧制，热处理工艺前最后一道次再用激光毛化辊进行轧制;

b.在平整轧制工艺中，压下量为：0.5～3%;前张力为：7.5kgf/mm²～15kgf/mm²;后张力为：3.75kgf/mm²～13.6kgf/mm²。

4、根据权利要求3所述的一种表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板的生产方法，其特征在于：热轧板经酸洗后的原料开坯后第一道次开始用磨光辊进行轧制，其它道次仍用原来的磨光辊。

5、根据权利要求3所述的一种表面带有特殊形貌与图案的冷轧薄钢板的生产方法，其特征在于：热轧板经酸洗后的原料开坯后第一道次即开始用激光辊进行轧制，其它道次也用激光毛化辊。