CN109420680B - 用于钢板表面形貌轧制的轧辊及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钢板表面形貌轧制的轧辊及制造方法，在辊面布设有多个凸起的毛化点，单个所述毛化点与辊面相接处形成的形状为圆形或大致为圆形，该圆形的直径为50～150μm；单个所述毛化点的凸起高度为2～12μm，相邻毛化点之间重叠量小于10％；辊面单位平方毫米内的毛化点数量差异小于20％，每平方毫米内的毛化点覆盖面积占比在30～90％。其方法包括对来料轧辊进行表面处理的步骤，使轧辊表面粗糙度控制在Ra<0.5μm；以及对轧辊表面材料进行逐层烧蚀以形成所述毛化点的步骤。

Description

用于钢板表面形貌轧制的轧辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于钢板轧制的轧辊及其制造方法，尤其涉及一种具有特殊表面形貌的轧辊及其制造方法。

背景技术

通常，冷轧机的最后一个轧制道次和冷轧平整机工作辊都需要使用毛化辊，即表面具有一定粗糙度的轧辊，从而使得钢板表面具有一定的表面形貌。

现有的轧辊毛化技术主要有抛丸毛化、电火花毛化技术、激光毛化技术、电子束毛化技术、镀铬毛化技术。其中抛丸毛化、电火花毛化、激光毛化、电子束毛化所形成的表面形貌结构都以凹坑形状为主，这种结构的表面形貌在轧制过程中存在这形貌复制率偏低且凹坑容易被金属粉末填充从而使粗糙度快速衰减。镀铬毛化技术通过合理控制电镀过程中的电化学工艺参数，可以在轧辊表面生长出一个个半球型的凸包，这种结构的表面形貌具有较高的形貌复制率，且其轧制的钢板上分布有大量的小凹坑，有利于改善钢板的储油效果，但该技术的最大缺点是采用了电镀铬工艺，具有非常大的环保风险。

此外，以上轧辊毛化技术虽然可以通过适当调整工艺参数实现对毛化后轧辊表面的粗糙度、峰值数、波纹度等进行适当调整，但其调节范围非常有限，毛化形成的表面形貌也仍然是具有一些的固有特征，无法对每个毛化点进行具体控制，从而无法对表面形貌进行精细化的设计和控制。

另一方面，越来越多的用户对钢板涂装效果提出了更高的要求，研究表明降低钢板表面波纹度可以有效改善钢板涂装效果，对钢厂来说，即需要对轧辊的波纹度进行控制，而传统的毛化技术由于难以对表面形貌进行精细化的设计和加工，因此在波纹度控制方面也存在着局限。

综上所述，现有毛化技术存在的主要问题包括表面形貌为凹坑结构或存在环保风险，无法对表面形貌进行精细化设计和控制。

公开号为CN104884180A，公开日为2015年9月2日，名称为“由金属材料特别是钢材制成的平板产品、该平板产品的用途、辊以及用于生产该平板产品的方法”的中国专利文献涉及由金属材料特别是钢材制成的平板产品，涉及有利的用途并且涉及特别适用于制造该种平板产品的辊，以及涉及用于生产该种平板产品的方法。在该专利文献所公开的技术方案中，其公开了一种具有双I形、H形、十字形、C形或X形确定性纹理的轧辊。该技术方案虽然可以实现表面微观结构的精细化设计和加工，并适当降低了波纹度，但其表面形貌仍然是以凹坑为主，并未改善轧辊形貌复制率，且由于其轧辊表面形貌是一种具有特定规则的纹理形貌，使用这种轧辊生产的钢板在涂装时容易产生“莫尔纹”缺陷。

公开号为CN103889642B，公开日为2016年4月13日，名称为“在压花钢辊上产生具有结构的表面的方法和设备”的中国专利文献涉及通过短脉冲激光在压花钢辊上产生具有结构的表面的方法和设备，该结构为宏观结构，该宏观结构的维度超过20μm而深度达200μm和更多，其公开了一种短脉冲加工具有特殊图案结构的压花轧辊。该技术方案涉及表面微观结构的精细化设计和加工，但其表面形貌也是以凹坑为主，并未有效改善轧辊表面形貌结构。

综上所述，虽有部分专家学者在表面形貌的精细化设计及加工方面做了一些工作，但在改善轧辊表面微观结构、提高形貌复制率、降低轧辊表面波纹度等方面仍未提出有效的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有特殊表面形貌的轧辊，其用于钢板表面形貌轧制时具有好的形貌复制率和低的波纹度。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种用于钢板表面形貌轧制的轧辊，在辊面布设有多个凸起的毛化点，单个所述毛化点与辊面相接处形成的形状为圆形或大致为圆形，该圆形的直径为50～150μm；单个所述毛化点的凸起高度为2～12μm，相邻毛化点之间重叠量小于10％；辊面单位平方毫米内的毛化点数量差异小于20％，每平方毫米内的毛化点覆盖面积占比在30～90％。

毛化点为圆形或近似为圆形，一方面是可以避免表面形貌参数出现方向性差异，另一方面能方便的构建彼此独立的毛化点，避免毛化点之间的相互干扰。

并且，单个毛化点的直径限定为50～150μm是因为当毛化点直径<50μm时，会导致轧辊在使用时表面微观结构由于较细微，耐磨损性显著下降，而当毛化点直径>150μm时，会导致轧辊表面微观结构偏粗大，所轧制或平整钢板在涂装时其微观结构不易被漆膜完全遮盖。

另一方面，将毛化点设计为凸起结构是为了提高表面形貌的复制率；将毛化点凸起高度设计为2～12μm是为了使得轧辊表面具有合适的粗糙度范围。而控制相邻毛化点之间相互重叠量小于10％，是因为当毛化点之间的重叠量过大时，会破坏毛化点的独立性和完整性，容易造成局部区域的微观形貌不均匀。

单位平方毫米内的毛化点数量差异小于20％是因为单位面积的毛化点数量差异越大，轧辊表面形貌的宏观均匀性越差。每平方毫米内的毛化点覆盖面积占比在30～90％之间是因为毛化点太少会使得毛化点平均间距过大，导致波纹度增加，所轧制或平整钢板涂装效果变差，而毛化点太多又会使得毛化点间距过近，影响材料塑形流动，降低了粗糙度的复制率。

作为本技术方案的进一步改进，所述凸起的毛化点的底部直径不小于顶部直径；例如为锥台形结构。

也作为本技术方案的进一步改进，相邻毛化点之间重叠量小于5％。其中，相邻毛化点之间重叠量优选为0。

还作为本技术方案的进一步改进，辊面单位平方毫米内的毛化点数量差异小于10％，优选小于5％。

另外，也作为本技术方案的进一步改进，辊面每平方毫米内的毛化点覆盖面积占比在50～80％。

此外，所述钢板可以为冷轧钢板。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种上述用于钢板表面形貌轧制的轧辊的制造方法，包括如下步骤：

(1)、对来料轧辊进行表面处理的步骤，使轧辊表面粗糙度控制在Ra<0.5μm；

(2)、对轧辊表面材料进行逐层烧蚀以形成所述毛化点的步骤。

作为该制造方法的进一步改进，采用超短脉冲激光器对所述轧辊表面材料进行逐层烧蚀；烧蚀时所述超短脉冲激光器沿来料轧辊母线做横向平移运动，同时，所述来料轧辊经驱动后处于可旋转状态。

通过采用上述具有特殊表面形貌的轧辊及相应的制造技术，可以实现对表面形貌进行精细化的设计和加工，有效改善轧辊表面形貌，使轧辊具有好的形貌复制率、低的波纹度。

附图说明

图1示意了实施例1的轧辊表面微观形貌；

图2示意了实施例2的轧辊表面微观形貌；

图3示意了实施例3的轧辊表面微观形貌；

图4示意了本发明制造方法对应的装置结构；

图5示意了实施例1对应的表面制造加工过程，包括了1)-8)共8个状态/阶段；

其中，图4中的1为数控机床，2为轧辊，3为超短脉冲激光器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。

本发明提出了一种具有特殊表面形貌的轧辊，所述轧辊的表面形貌具有以下特征：

表面上散布大量的毛化点；

毛化点的形状近似为圆形或大致为圆形，直径在50～150μm之间；

毛化点为凸起结构，凸起高度在2～12μm之间；

相邻毛化点之间重叠量小于10％；

单位平方毫米内的毛化点数量差异小于20％；

每平方毫米内的毛化点覆盖面积占比在30～90％之间。

发明人通过大量实验研究发现，具备上述特点的毛化点，所获得轧辊表面形貌具有较好的形貌复制率和低的波纹度。

相应地，本发明的另一目的在于制造上述的具有特殊表面形貌的轧辊的方法，通过该制造方法可获得具有上述技术特征的轧辊。

包括如下步骤：

(1)、对轧辊进行磨削抛光加工，并对辊面进行清洁，使轧辊表面粗糙度Ra<0.5μm，表面无油污；

(2)、设计具有上述技术特征的轧辊表面形貌；

(3)、使用数控机床驱动轧辊旋转并使超短脉冲激光器沿轧辊母线做横向平移运动；

(4)、根据所设计的表面形貌，控制超短脉冲激光器选择性的对轧辊表面材料进行逐层烧蚀。

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的一种具有特殊表面形貌的轧辊及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-3及对比例1-3：

实施例1-3对轧辊的表面形貌进行了精细化设计与加工，使得轧辊表面具有大量毛化点，毛化点的形状近似为圆形，直径在50～150μm之间，毛化点为凸起结构，且凸起高度差在2～12μm之间，各毛化点之间重叠量小于10％，单位面积范围内毛化点所覆盖面积占比在30～90％之间。图1至图3示意了所设计的轧辊表面微观形貌。

并将实施例1-3和对比例1-3的轧辊依照测量标准ISO 4287:1997进行测试，滤波器采用高斯滤波，粗糙度的取样长度为12.5mm，波纹度的取样长度为40mm，滤波区间0.8～8mm。随后将轧辊装入热镀锌平整机，在基本相同的工况条件下，使用基本相同的工艺参数对相同规格材质的材料进行平整，测量平整完成后的钢板表面粗糙度与轧辊粗糙度的比值，将该比值作为形貌复制率指标。

具体的设计参数和测量对比结果如下表1所示。

表1：

由于轧辊表面形貌的微观结构会影响到轧辊表面形貌的复制率和波纹度，因而在实施例1-3中通过对轧辊表面形貌进行设计，并采用本发明中所述的制造方法对轧辊进行加工，使得轧辊表面具有大量毛化点，毛化点的形状近似为圆形，直径在50～150μm之间，毛化点为凸起结构，且凸起高度差在2～12μm之间，各毛化点之间重叠量小于10％，单位面积范围内毛化点所覆盖面积占比在30～90％之间的特征。而对比例1-3采用常规的电火花毛化工艺，因而其所获得的普通轧辊表面并不具有上述特征，其形貌复制率也偏低，波纹度偏高。

下面再以实施例1为例，并结合图1、图4与图5，对本发明中所涉及的轧辊制造方法的具体实施过程进行描述：

(1)对轧辊进行磨削抛光加工，并对辊面进行清洁，使轧辊表面粗糙度Ra<0.5μm，表面无油污；

(2)设计轧辊表面微观形貌，具体如图1所示；

(3)如图4所示，使用数控机床1驱动轧辊2旋转并使超短脉冲激光器3沿轧辊2母线做横向平移运动；

(4)根据所设计的表面形貌，控制超短脉冲激光器选择性的对轧辊表面材料进行逐层烧蚀。

在实施例1中，使用了平均功率为100W的皮秒脉冲激光器，该激光经过聚焦后，每个脉冲会在轧辊表面烧蚀掉直径约为5μm，深度约为1μm体积的材料。因此根据实施例1的微观形貌的最大凸起高度，需要分8层进行加工，图5展示了轧辊表面一个微观区域的材料加工过程，其通过超短脉冲激光逐层去除材料从而获得最终所需的表面形貌。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于钢板表面形貌轧制的轧辊，其特征在于，

该轧辊由如下步骤的制造方法制造而成：

（1）、对来料轧辊进行表面处理的步骤，使轧辊表面粗糙度控制在Ra<0.5μm；

（2）、对轧辊表面材料进行逐层烧蚀以形成毛化点的步骤；

其中，采用超短脉冲激光器对所述轧辊表面材料进行逐层烧蚀；烧蚀时所述超短脉冲激光器沿来料轧辊母线做横向平移运动，同时，所述来料轧辊经驱动后处于可旋转状态；

并且，

在辊面布设有多个凸起的毛化点，单个所述毛化点与辊面相接处形成的形状为圆形或大致为圆形，该圆形的直径为50~150μm；单个所述毛化点的凸起高度为2~12μm，相邻毛化点之间重叠量小于10%；辊面单位平方毫米内的毛化点数量差异小于20%，每平方毫米内的毛化点覆盖面积占比在30~90%。

2.根据权利要求1所述用于钢板表面形貌轧制的轧辊，其特征在于，所述凸起的毛化点的底部直径不小于顶部直径。

3.根据权利要求1所述用于钢板表面形貌轧制的轧辊，其特征在于，相邻毛化点之间重叠量小于5%。

4.根据权利要求3所述用于钢板表面形貌轧制的轧辊，其特征在于，相邻毛化点之间重叠量为0。

5.根据权利要求1所述用于钢板表面形貌轧制的轧辊，其特征在于，辊面单位平方毫米内的毛化点数量差异小于10%。

6.根据权利要求5所述用于钢板表面形貌轧制的轧辊，其特征在于，辊面单位平方毫米内的毛化点数量差异小于5%。

7.根据权利要求1所述用于钢板表面形貌轧制的轧辊，其特征在于，辊面每平方毫米内的毛化点覆盖面积占比在50~80%。

8.根据权利要求1所述用于钢板表面形貌轧制的轧辊，其特征在于，所述钢板为冷轧钢板。

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