FI114973B - Menetelmä ja laite kylmävalssattujen metallilevyjen tai metallinauhojen valmistamiseksi, ja aikaansaadut metallilevyt ja metallinauhat - Google Patents

Description

114973

Menetelmä ja laite kylmävalssattujen metallilevyjen tai metallnauhojen valmistamiseksi, ja aikaansaadut metalli-levyt ja metallinauhat Förfarande och anordning för framställning av kallvalsade 5 metallskivor eller metallband, och erhällna metallskivor och metallband Tämä keksintö koskee menetelmää ja laitetta kylmävalssattujen metallilevyjen tai -nauhojen valmistamiseksi vals-10 sauslaitoksessa suoritettavan kylmämuokkaustoimenpiteen avulla.

Tämä keksintö koskee myös kylmämuokkauslaitoksen avulla aikaansaatuja metallilevyjä tai -nauhoja, sopivimmin 15 käyttämällä tämän keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta.

Kylmävalssausprosessi käsittää pääasiassa kuumavalssaus-laitoksesta tulevan nauhan vetämisen kylmämuokkauslaitok-20 seen.

Kylmämuokkauslaitoksen tehtävänä on pienentää metallilevyn tai -nauhan kokonaispaksuutta 50-90%:iin alkuperäi- ... sestä paksuudesta. Tämä toimenpide suoritetaan useassa • · j···* 25 vaiheessa ja ainakin kolmessa vaiheessa. Tällainen kylmä- ' ’* muokkaus voidaan suorittaa yhdessä valssituoliparissa ’·”· vaihtosuuntaisen valssaimen avulla tai useassa valssi- tuoliparissa muokkauslaitoksen avulla, jota kutsutaan : j : "tandemlaitokseksi", ja jossa useat muokkausvaiheet suo- 30 ritetaan peräkkäin.

• Tämän jälkeen kylmävalssattu levy tai nauha kuumennetaan ,···, uunissa, joka prosessi tunnetaan päästöprosessina. Tämän * » jälkeen päästetty levy tai nauha kulkee toisen kylmävals-·; 35 sauslaitoksen läpi, jota kutsutaan "viimeistelyvalssaa- moksi" tai "viimeistelylaitokseksi", jossa sen tarkoituk- ;V. sena on kylmädeformoitua jonkin verran metallilevyn tai - * · ,···. nauhan mekaanisten ominaisuuksien tai pintaominaisuuksien * · • · · / 2 114973 parantamiseksi .

Kylmämuokkaustoimenpiteen aikana on valsseihin kohdistuva paine suurempi kuin 10 kN/mm ja kahden muokkausvaiheen 5 välinen puristuspaine-ero on noin 200 Pa, kun taas normaalipaine viimeistelyvalssaustoimenpiteen aikana on pienempi kuin 5 kN/mm ja kahden muokkausvaiheen välinen puristuspaine-ero on noin 25 MPa.

10 Metallilevyn fysikaaliset ominaisuudet valssaustoimenpi-teen jälkeen muokkauslaitoksessa ovat täysin erilaiset verrattuina materiaalin ominaisuuksiin viimeistelyvals-sauksen jälkeen.

15 Seuraavassa on esitetty yhteenveto metallilevyjen tai metallinauhojen pääominaisuuksista.

Muokkaus- Viimeistely- toiminto valssaus 20

Rockwell B 80 min . 30-60 kovuus (täyskovuus) (Euronorm AI1-106 ja All-108 25

Taivutuskoe ei taipumaa taipuu tasaisesti

Euronorm 117-02 kumpaankaan itsestään : ·· suuntaan joka suuntaan

1 > 1 ) I

30 Myötölujuus 550 - 750 MPa 130 - 240 MPa (Euronorm EN10002-1

Venymä 50 mm:ssä <10% 30-50% /:*. (Euronorm EN10002-1

35 tai ASTME8M

i

( I I

!!,* Kylmävalssauslaitteissa on yleisenä käytäntönä karhentaa » työvalssit tietyssä määrin, sopivimmin valssaustoimenpi-40 teen viimeistä vaihetta varten kylmämuokkauslaitoksessa, ;·*! tai viimeistelyvalssaamon vain yhtä valssituoliparia var- ten.

» t » *“’ Vaihtosuuntaisessa kylmämuokkauslaitoksessa laitoksen / 3 114973 ί t työvalssit vaihdetaan ennen muokkaustoimenpiteen viimeistä vaihetta pintakuvioituihin työteloihin, ja tandem-laitoksen kohdalla vain viimeinen valssituolipari käsittää pintakuvioituja työvalsseja.

5

Työvalssien karhentamiseksi tällaisella tavalla tunnetaan useita pintakuviointimenetelmiä, ja niistä on esitetty yhteenveto julkaisussa "Stahl und Eisen, Voi. 110 (1990), 14.3, No. 3 DUsseldorf".

10 1° Kuulapuhalluspintakuviointi (Shot Blast Texturing ; (sbt))

Rautahiukkasia (rakeita), joilla on erityinen granulomet-15 ria, suihkutetaan työvalssin pinnalle. Hiukkasten kineettinen energia on riittävä pinnan plastiseksi deformoimi-seksi. Työvalssin karheus on rakeiden (särmäisyys, paino, koko), työvalssin pyörimisnopeuden, valssimateriaalin kovuuden, ylikulkukertojen lukumäärän valssia pitkin ja 20 valssin pyörimisnopeuden funktio.

SBT-teknologian avulla voidaan saavuttaa karheusarvoja (Ra) työvalssin osalta, jotka sijoittuvat välille 1,5-6,0 t « > :" ·,. μιη.

·:·· 25

Karheusprofiili muodostuu huipuista ja syvennyksistä . .·. koostuvasta satunnaisjakaumasta. Mitään säännöllistä ku- * · » ,·;·. viota ei voida havaita.

30 Vaikka SBT-menetelmän tuottavuus on suuri on sillä kui-;· tenkin suuret epäkohdat: ·.' - Työvalssin karheus on vaikea jäljentää. Tämän vuoksi ·.· valssista pintakuvioinnin jälkeen mitatuilla Ra-arvoilla on suuri hajonta.

35 - Hyvin suuria karheusarvoja (Ra > 5 μιη) voidaan saavut- taa vain suhteellisesti pehmeämpien valssien avulla (ko-

I I I

/ 4 114973 vuus pienempi kuin 90 Shore C). Tällaisten valssien käyttöaika on hyvin lyhyt.

- Karhennuksen terävät reunat murtuvat irti nopeasti josta syystä työvalssien kuluminen valssauksen aikana aina 5 on tärkeä tekijä.

- Karheusparametreja ei voida valita toisistaan riippumatta. Tämän vuoksi on aina olemassa yhteys levyllä mitatun karheusarvon (Ra) ja huippujen lukumäärän/cm-arvon (Pc) välillä.

10 Tänä päivänä useammat kylmämuokkauslaitosta varten tarkoitetut pintakuvioidut valssit pintakuvioidaan tämän tekniikan avulla.

15 2° Sähköpurkauspintakuviointi (Electrical Discharge Textu ring (EDT))

Kuparielektrodista (katodista) eristävän väliaineen avulla erotettu anodi saa aikaan sähköpurkauksen, joka kyke-20 nee muodostamaan koverteita tai-painaumia valssipintaan. Kuhunkin anodiin on todellisuudessa kytketty useita katodeja ja koska katodit kipinöivät toisistaan riippumatta tuhoutuu yhden ainoan elektrodin aikaansaama koverremor- « « · _ fologia nopeasti vierekkäisisten elektrodien kehittämien 25 lukuisten purkauksien limityksen vuoksi. Tämä johtaa pin- . takarheuteen, joka on pääasiassa satunnainen. Satunnai- . suus korostuu enemmän kun ylikulkukertojen lukumäärää * » · ;;; lisätään.

* 30 Valssin karheus on jännitteen taajuuden (suurempi taajuus .!*’ aiheuttaa suurempia maksimiarvoja) , elektrodeihin kohdis- tetun jännitteen (positiivinen jännite saa aikaan kar-·. : heamman pinnan kuin negatiivinen jännite) ja elektronii- *tij kan kapasitanssin tason funktio.

35 : Kuulapuhalluspintakuviointimenetelmään verrattuna EDT- t 'i menetelmä ei merkittävässä määrin riipu työvalssin kovuu- / I 114973 ϊ 5 desta. Pienkarheinen pintakuviointi tuottaa suuremman määrän huippuja/cm ja jäljennettävyys on parempi.

EDT-järjestelmällä on myös muutamia tärkeitä epäkohtia: 5 - Suuren valssikarheuden tuottamiseksi tarvitaan suurta virtatiheyttä. Tämä kuumentaa valssimateriaalia huomattavassa määrin, mikä saattaa aiheuttaa rakenteellisia muutoksia valssimateriaalissa.

- Pienen valssikarheuden tuottamiseksi tarvitaan suurta 10 elektrodisarjan ylikulkukertojen lukumäärää alkuperäisten koverteiden tuhoamiseksi. Tämän vuoksi pintakuviointiaika kasvaa Ra-arvon pienetessä.

- Muodostunut karhennus omaa teräviä leikkuureunoja, joka I voi mikrotyöstää levyn pintaa, mikä johtaa ei-toivottujen j 15 kulumishiukkasten kehittymiseen.

- Karheusarvoa (Ra) ja huippujen lukumäärää/cm-arvoa (Pc) ei voida valita toisistaan riippumatta. Ra-arvon ja Pc-arvon välillä on olemassa eksponentiaalinen yhteys sekä EDT-menetelmän että myös SBT-menetelmän osalta. Pc-arvo 20 on kuitenkin 30-50% suurempi EDT-menetelmän osalta SBT-menetelmään verrattuna.

- Valssipinnalla voi ilmetä alkuaaltoisuutta. Koska rako ; : valssin ja elektrodin välillä on suurempi aaltoisuuden • ·,. syvennyksien kohdalla on kipinöiminen epätäydellistä aal- t 25 toisuuden syvennyksissä ja tyydyttävä huippujen kohdalla.

Koska pintakuviointi riippuu pinnan alkukorkeudesta aihe- * * uttaa alkuaaltoisuus myös moaree-reunoja valssilla.

> t « · » ·’’ Tätä pintakuviointitekniikkaa ei käytetä usein kylmämuok- 30 kauslaitoksien valssien pintakuvioimiseksi valssin mer- kittävän kulumisen vuoksi tällaisessa tapauksessa.

. : 3° Laserpintakuviointi (Laser Texturing (LT)) » · * · »· . 35 Lasersäde kohdistuu valssin pintaan valssimateriaalin ; sulattamiseksi ja materiaalin puhaltamiseksi pois kover- teestä apukaasun (02, C02 tai Ar) avulla. Lopullisessa / 6 114973 valssin pintakuvioinnissa koverteet ovat tasaisesti jaetut ruuvimaista rataa pitkin työvalssin kehällä. Aksiaalista koverre-etäisyyttä säädetään valssin pitkittäissuuntaisen liikkeen nopeuden avulla. Tangentiaalisessa 5 suunnassa koverre-etäisyys määritetään sekä valssin nopeuden että mekaanisen katkojän nopeuden avulla. Laserte-ho määrittää koverresyvyyden. Koverteen muodolla on taipumus tulla yhä enemmän ja enemmän soikiomaiseksi kun sädetysaikaa pidennetään, mikä johtuu siitä, että laser-10 säde ei poikkea suunnastaan sädetyksen aikana niin, että sädepiste valssilla liikkuu.

Laserteknologia esitteli nk. yhdensuuntaisen deterministisen karheuden. Sillä on kuitenkin itsellään tärkeitä 15 epäkohtia: - Säteen mekaanisen katkojän vuoksi, joka rajoittaa pin-takuviointikykya merkittävässä määrin, voidaan pintakuvi-ointia vaihdella vain vähäisessä määrin.

- Koverteen reuna koostuu osittain hapettuneesta materi-20 aalista ja reunan hauraus saa aikaan sen, että se murtuu valsaamisen aikana, minkä vuoksi valssin karheus pienenee nopeasti.

: - Pintakuviointi on deterministinen vain ruuvimaista ra- taa pitkin ja tällä hetkellä ei ole mahdollista saavuttaa ...,: 25 täysin deterministinen kuvio (mikä johtuu kunkin kover- teen sijaintikohdasta mekaanisen katkojan suhteen).

- Reuna on epätasainen koska käytetään sivukaasua ja sik- . 1 si, että valssin pinnan esi- ja jälkikuumentaminen ei ole mahdollista.

30 : On ilmeistä, että laserteknologiaa ei käytännössä käytetä kylmämuokkauslaitoksien valssien pintakuvioimiseksi työ-: valssin merkittävän kulumisen (reunan hapettumisen) ja moaree-ongelman vuoksi, joka erityisesti esiintyy kylmä-35 muokkauslaatoksessa.

4° Elektronisädepintakuviointi (EBT) / 7 114973

Erityisen elektronisädeteknologian soveltaminen valssien pintakuvioimiseksi kehitettiin alunperin Linotype Hell'in toimesta syväpainotelojen kaivertamiseksi (katso patenttijulkaisut WO-A-9205891, WO-A-9205911, WO-A-9210327).

5 Tämä menetelmä käsittää valssipinnan pommittamisen elekt-ronisäteellä. Yhden ainoan suihkun aikana linssit fokusoivat säteen valssimateriaalin esikuumentamiseksi, tämän jälkeen pinnan pommittamiseksi ensimmäisellä suih-10 kulia koverteen muodostamiseksi ja koverretta ympäröivän reunan esikuumentamiseksi. Tämä jakso voidaan suorittaa kaksi tai kolme kertaa samaan pisteseen syvempien kover-teiden muodostamiseksi. Suihkujakson aikana säde poikkeutetaan suunnasta valssipinnan yhtäjaksoisen liikkeen 15 kompensoimiseksi (siirtyminen ja pyöriminen). Tällä tavalla muodostetaan täysin pyöreitä koverrereunoja.

Säteen hyvin nopea elektroninen sykkiminen säätää kunkin koverteen asemaa kaksiulotteisen kuvion kehittämiseksi.

20 Joitakin kuvioesimerkkejä on esitetty julkaisun "La Revue de Metallurgie - CIT", joulukuu 1992 artikkelissa "Gravure des Cylindres", jonka on kirjoittanut A. Hamilius et ai.

* * · >j->; 25 Linssien avulla on myös mahdollista tarkasti säätää sä- • · . teen halkaisijaa ja suihkun kestoaikaa. Nämä kaksi para- • « metriä liittyvät suoraan valssipinnalla olevan koverteen halkaisijaan ja syvyyteen. Muuttamalla halkaisijaa kover- • * · ’·’ * re-etäisyyden suhteen saadaan aikaan deterministisiä 30 (joihin sisältyvät puolisatunnaisia tai pseudosatunnai- .

,*·* siä) pintakuvioita.

> t I

; Tätä teknologiaa on käytetty tähän päivään mennessä yk- ‘ ! sinomaan viimeistelyvalssauslaitoksien työvalssien pinta- . 35 kuvioimiseksi yhden EBT-koelaitoksen avulla. Tässä jul- : ’.· kaisussa "La Revue de Metallurgie - CIT" mainitut kaksi

k t I

/ 8 114973 pääetua ovat metallilevyn pinnan värittyminen viimeiste-lyvalssauksen jälkeen kuten myös sen parantunut vedettä-vyys.

5 Tämän keksinnön päätarkoituksena on saada aikaan parannettu menetelmä ja parannettu laite paremmat ominaisuudet omaavien metallilevyjen tai -nauhojen valmistamiseksi.

Tämä keksintö koskee menetelmää metallilevyjen tai -10 nauhojen tuottamiseksi metallilevyn tai -nauhojen kylmämuokkausvalssauksen avulla tandemlaitoksessa tai vaihtosuuntaisessa laitoksessa siten kuin yksityiskohtaisemmin määritellään oheisessa patenttivaatimuksessa 1.

15

Kylmämuokkauslaitoksen pintakuvioidun työvalssin karheus sijoittuu sopivimmin välille 1,0 - 3,5 μπι siitäkin huolimatta, että tämän keksinnön mukaisen menetelmän avulla tuotettu karheus sijoittuu välille 0,3 - 2,5 μπι ja sopi-2 0 vimmin välille 0,5 - 2,0 μπι.

Reunan leveyden ja korkeuden välinen suhde on erityisem-min sopivimmin ainakin 3 ja koverteen halkaisijan ja • »· ' t koverteen syvyyden välinen suhde on suurempi kuin 4.

* » t ‘ ’ 25 ‘ * Kahden vierekkäisen koverteen välinen etäisyys sijoittuu ’ ·* sopivimmin välille 130 - 320 μπι ja syvyys välille 5-50 ’ μπι, sopivimmin 8 - 3 0 μπι.

> · j 30 Koverteen sisähalkaisija sijoittuu välille 20 - 250 μπι ja sopivimmin 50 - 180 μτη vaikka reunan leveys sijoittuu " välille 4 - 100 μπι, sopivimmin 10 - 75 μπι, ja reunan kor keus sijoittuu välille 2-50 μπι, sopivimmin 5-35 μπι.

35 Edellä mainitun kylmämuokkausvalssaustoimenpiteen jälkeen / 1 1 4973 9 metallilevy tai -nauha viimeistelyvalssataan tämän keksinnön menetelmän erään sopivan rakennemuodon mukaan ainakin yhden työvalssiparin avulla, joista ainakin yksi on pintakuvioitu työvalssi pintakuvioidun työvalssin pin-5 takuvion siirtämiseksi sanotun levyn tai nauhan pintaan, jolloin viimeistelylaitoksen pintakuvioidun työvalssin sanottu kuvio koostuu kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuviosta, jossa kukin piste on koverteen muotoinen, jota ympäröi reuna. Sanotut pisteen muodostetaan sopivim-10 min suurenergiasäteen, kuten elektronisäteen avulla.

Viimeistelylaitoksen pintakuvioidun työvalssin karheus sijoittuu sopivimmin välille 0,4 - 8,0 μπι ja sopivimmin 1,6 - 6,0 μπι vaikka tämän keksinnön tämän viimeisen ra-15 kennemuodon avulla tuotettu karheus sijoittuu välille 0,5 - 6,0 μπι ja sopivimmin 0,8 - 4,0 μπι.

Kylmämuokkauslaitoksessa yhdeltä sivultaan pintakuvioitu metallilevy tai -nauha tulisi sopivimmin pintakuvioida 20 samalta sivulta pintakuvioidun työvalssin avulla viimeis-telylaitoksessa.

> » · ;**’ Jollei metallilevyä tai -nauhaa käännetä ylösalaisin ‘ '* kylmäpelkistämis- ja viimeistelyvalssausvaiheiden välillä • 25 merkitsee se, että viimeistelylaitoksen työvalssiparin ylä- ja/tai alatyövalssin tulisi vastata kylmämuokkaus-laitoksen työvalssiparin pintakuvioitua ylä- ja/tai ala-: *; työvalssia.

·,. 30 Tämän keksinnön menetelmän erään toisen sopivan rakenne- muodon mukaan ovat kylmämuokkauslaitoksen ja/tai viimeis-telylaitoksen työvalssiparin kummatkin valssit varustetut ·. ί pintakuvioinnilla, joka koostuu kaksiulotteisesta -il t · i t / 10 114973 deterministisestä pistekuviosta.

Kylmäpelkistyksen tai viimeistely-laitoksen pintakuvioidut valssit syövytetään sopivimmin EBT-menetelmän elektroni-5 säteen avulla tyhjössä. Tämän tekniikan yhteydessä elekt-ronisäde kuumentaa valssipinnan muutamalta neliömikronin pinta-alalta sulamislämpötilaan ja sulanut metalli ήπιοί dostaa plasmapaineen vaikutuksesta koverteen ympärille 1 säädettävän ja määritetyn reunan, joka on integroitu pe- 10 rusmetallin kanssa. Reunan muotoa ja kokoa säädetään elektronisäteen säteilyn esi- ja jälkikuumennusajänjaksojen avulla.

Työvalssin pintakuvio jäljentyy metallilevyille tai -15 nauhoille valssaustoimenpiteen aikana kylmäpelkistyslaitoksessa tai viimeistelylaitoksessa.

Kuvion rakenne muodostaa sopivimmin peruskennoja, kuten säännöllisiä keskiöityjä kuusiokulmioita.

20 Tämä keksintö koskee myös laitetta metallilevyjen tai metallinauhojen valmistamiseksi, jonka rakenneyksityis-: : kohdat on määritelty oheisessa patenttivaatimuksessa 11.

i « » • » · . .j 25 Kylmämuokkausvalssauslaitos on erään sopivan rakennemuo- . don mukaan vaihtosuuntainen laitos, joka käsittää vain yhden työvalssituoliparin, joka suorittaa useita muokka-I usprosessiin sisältyviä vaiheita. Tällaisessa tapauksessa työvalssit vaihdetaan ennen valssaustoimenpiteen vii-30 meistä vaihetta pintakuvioituihin työvalsseihin, jotka r a ovat varustetut pintakuvioinnilla, joka koostuu kaksi- .· ulotteisesta deterministisestä pistekuviosta.

a » > · > i · » > » » *· * * a f » a / 11 114973

Kylmämuokkausvalssauslaitos on keksinnön erään toisen rakennemuodon mukaan tandemlaitos, joka käsittää useita valssituolipareja ja jossa vain viimeinen valssituolipari käsittää ainakin yhden pintakuvioidun työvalssin, joka on 5 varustettu pintakuvioinnilla, joka koostuu kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuviosta. Muokkaustoimenpide suoritetaan yhdessä jaksossa.

Tämän keksinnön erään toisen sopivan rakennemuodon mukaan 10 käsittää laite myös viimeistelyvalssilaitoksen, jossa on ainakin yksi työvalssipari, jolloin ainakin yksi viimeis-telylaitoksen työvalssiparin valsseista on varustettu pintakuvioinnilla, joka koostuu kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuviosta, jossa kukin piste on kover-15 teen muotoinen, jota ympäröi reuna.

Tämän keksinnön laitteen erään toisen sopivan rakennemuodon mukaan ovat kylmämuokkauslaitoksen ja/tai viimeiste-lylaitoksen työvalssiparin molemmat työvalssit varustetut 20 pintakuvioinnilla, joka on kaksiulotteinen deterministinen pistekuvio.

;Tämä keksintö koskee myös metallilevyä tai -nauhaa, joka I » fr : on määritelty oheisessa patenttivaatimuksessa 16.

! 25 j Tämä merkitsee 40 mm-.n profiililla mitatun tehospektrin , osalta, että tehotiheys 800 μτη^ suuremmilla aaltopituuk- . ·. silla on pienempi kuin 0,2 μπι2 ja sopivimmin pienempi kuin * · 0,1 μπι2.

30

Metallilevyn tai -nauhojen venymä (50 mm:llä) on sopivimmin pienempi kuin 10% (Euronorm EN10002-1).

> · l Siinä tapauksessa, että levy tai nauha on terästä on le- *’ '· vyn tai nauhan kovuus suurempi kuin 80 (Rockwell) .

: 35

Kuten jo aikaisemmin on mainittu sijoittuu metallilevyn / 12 114973 tai -nauhan karheus välille 0,3 - 2,5 μτη, sopivimmin 0,5 - 2,0 pm.

Levyssä tai nauhassa olevan painauman leveyden ja syvyy-5 den välinen suhde on erityisemmin ainakin 2 ja sopivimmin ainakin 3 ja kohouman halkaisijan ja korkeuden välinen suhde on suurempi kuin 3 ja sopivimmin suurempi kuin 4.

Kahden vierekkäisen kohouman tai huipun välinen etäisyys 10 sijoittuu välille 50 - 550 pm ja sopivimmin 130 - 320 pm, jolloin kohouman korkeus sijoittuu välille 0-30 μπι.

Painauman sisähalkaisija sijoittuu välille 20 - 250 μπι ja sopivimmin 50 - 180 μπι vaikkakin painauman leveys sijoit-15 tuu välille 4 - 100 μτη ja sopivimmin 10 - 75 μπι ja painauman syvyys sijoittuu välille 0 - 50 μτη ja sopivimmin 5 - 3 0 μπι.

Ensimmäisen rakennemuodon mukaan näkyy metallilevyn tai 20 metallinauhan pintakuvioinnissa pintakuvioidun valssin ··, reunojen muodostamia merkkejä (painaumia). Tässä tapauk- sessa kohoumia tai huippuja, jota varten levyn tai nauhan * « « materiaalia on ruiskupuristettu pintakuvioidun valssin * > » » koverteeseen, voi (kohouman korkeus ei ole yhtä kuin 0) 25 tai ei voi (kohouman korkeus lähes yhtä kuin 0) muodostua ,· paksuuden pienentymisestä riippuen.

»

Erään toisen rakennemuodon mukaan näkyy metallilevyn tai • metallinauhan pintakuvioinnissa vain kohoumia tai huip- 30 puja melkein ilman minkäänlaisia pintakuvioidun valssin , reunojen muodostamia merkkejä (painaumia). Tässä tapauk-

< I

I sessa painauman syvyys on lähellä 0 pm ja sillä on hyvin i » suuri leveys.

,· Kuviorakenne muodostaa sopivimmin peruskennoja, kuten ; 35 säännöllisiä keskiöityjä kuusiokulmioita.

/ 13 114973

Edellä esitetyt tunnuspiirteet liittyvät metallilevyyn tai -nauhaan, joka on välituote ja joka ei vielä ole läpikäynyt päästöprosessia ja sitä seuraavaa viimeistely-5 valssaustoimenpidettä.

Tämä keksintö koskee myös lopullista tuotetta, joka on valssattu kylmämuokkauslaitoksessa EBT-valssien avulla, ja joka on läpikäynyt päästöprosessin ja mahdollisesti 10 sitä seuraavan viimeistelyvalssaustoimenpiteen.

Jos edellä esitetyn tyyppinen metallilevy tai -nauha on läpikäynyt päästöprosessin ilman mitään viimeistelyvals-saustoimenpidettä siinä ei tule olemaan mitään sisäistä 15 pintajännitystä.

Tämä viimeinen seikka voidaan tarkistaa jonkin seuraavan tekniikan avulla: röntgendiffaktometria, ultraäänimittaus, mikrodeformaatiomittaus pintakerroksen syövyttämi-20 sen aikana, mikrokovuus.

Jos viimeistelyvalssaus suoritetaan SBT- tai EDT-pintaku-vioidun valssin avulla on metallilevyllä tai -nauhalla • . · ;\ oleva kaksiulotteinen deterministinen pistekuvio osittain • ( · ; 25 peitetty satunnaiskarheuden avulla.

Jos viimeistelyvalssaustoimenpide on suoritettu laserpin- • · takuvioidun valssin avulla on metallilevyllä oleva kak- » · ' ‘ siulotteinen deterministinen pistekuvio osittain peitetty 30 unideterministisen karheuden avulla.

*: Jos viimeistelyvalssaustoimenpide on suoritettu EBT-pin- . takuvioidun valssin avulla on metallilevy tai -nauha va- i · | rustettu lopullisella pintakuvioinnilla, joka koostuu > » 35 kahdesta pintakuviojoukosta, jotka muodostavat kaksiulot- : teisen deterministisen pistekuvion.

/ 114973 14 Tällaiset metallilevyt tai -nauhat voidaan valmistaa teräksestä, ruostumattomasta teräksestä, alumiinista tai alumiiniseoksista.

5 Tällaiset metallilevyt tai -nauhat voidaan myös päällystää metalli- tai orgaanisella kerroksella, kuten maalaamalla, galvanoimalla, aluminoimalla...

Kuv. 1 esittää teräslevyjen tuotantoprosessikaaviota.

10

Kuv. 2 esittää kaaviomaisesti metallilevyn pintaprofiilin hajoamista karheuden ja aaltoisuuden osalta.

Kuviot 3 ja 4 esittävät karheuden ja aaltoisuuden välistä 15 suhdetta satunnaisten pintakuviointiprosessien (SBT) yhteydessä pienkarheuden (kuv. 3) ja suurkarheuden (kuv. 4) osalta.

Kuv. 5 esittää karheuden ja aaltoisuuden kehittymistä 20 valssin EDT-käsittelyn aikana.

Kuviot 6 ja 7 esittävät aaltoisuuden siirtymistä kylmä-; muokkausvalssauksen (kuv. 6) ja ylimääräisen karheuden- • siirron aikana viimeistelylaitoksessa (kuv. 7).

25 f · ,. Kuviot 8 ja 9 esittävät levypintaa kylmämuokkausvalssauk- • » sen jälkeen SBT-valssien avulla, jota seuraa viimeistely- » » valssaus EBT-valssien avulla.

30 Kuv. 10 esittää suhdetta metallilevyn aaltoisuuden ja . kuvioselvyyden välillä värittymisen jälkeen.

t : Kuv. 11 esittää levyn vaikutusta värittymiskuvioselvyy- » teen silloin kun viimeistelyvalssausmenetelmä on LT tai 35 SBT.

» t ,,,·* Kuv. 12 esittää kaaviomaisesti EBT-konetta, jonka tehtä- / 15 1 1 4973 vänä on pintakivioida tämän keksinnön menetelmän ja laitteen yhteydessä käytetyt kylmävalssit.

Kuv. 13 esittää kaaviomaisesti kuvion 12 koneen 5 elektronitykkiä.

Kuviot 14, 15 ja 16 esittävät kaaviomaisesti kolmea esimerkkiä deterministisestä EBT-pintakuvioinnista (kaksiulotteiset koverrekuviot).

10

Kuv. 17 esittää kaaviomaisesti esimerkkiä EBT-menetelmän avulla saavutetusta ympyränmuotoisesta koverremuodosta.

Kuviot 18 ja 19 esittävät tilannetta, jossa metallilevy 15 on saatu aikaan tandemvalssauksen ja viimeistelyvalssauk-sen jälkeen.

Kuviot 20 ja 21 esittävät kolmiulotteisia mittauksia tämän keksinnön mukaisesta tandemlaitoksessa olevasta pin-20 takuvioidusta työvalssista ja tandemlaitoksen avulla valssatusta nauhasta.

: Kuv. 22 esittää graafisesti tandemlaitoksen EBT-pintaku- . vioidun valssin Ra-arvon kehitystä yhden ainoan valssaus- 25 jakson aikana.

Kuv. 23 esittää EBT-pintakuvioidulla valssilla olevan ' ! rautahilseen kiinnittymistä.

* · * · 30 Kuv. 24 esittää päällystyksen painohäviötä (WL) galvanoidun tavaran päästön aikana.

| Kuv. 25 esittää kylmämuokkauspintakuviointiprosessin (SBT

ja EBT) vaikutusta päällystyspaksuuden (CT) vaihteluun.

35

Kuviot 26 ja 27 esittävät lopullista metallilevyn tai *...· metallinauhan pintakuviointia sen jälkeen kun se on tan- 114973 16 dem- ja viimeistelyvalssattu peräkkäin ja jossa karkean karheuden (kuv. 26) ja hienon karheuden (kuv. 27) osalta ilmenee joukko säädettyjä matalia ja syviä ympyränmuotoisia syvänteitä.

5

Kuviot 28 ja 29 esittävät kahta näkymää viimeistelyvals-satun nauhan kolmiulotteisista pintakuviointimittauksis-ta, jossa on hieno (kuv. 28) ja karkea (kuv. 29) deterministinen EBT-pintakuviointi.

10

Kuv. 30 ja 31 esittävät aallonpituusspektriä levyn tai nauhan osalta, joka on tandem- ja viimeistelyvalssattu peräkkäin, jossa on käytetty kuulapuhallus- (kuv. 30) vast. EBT-pintakuviointia (kuv. 31).

15

Kuv. 32 esittää väritystä levyn osalta, jossa satunnaista karheutta käytetään kylmäpelkistyksen (EBT, LT) ja levyn osalta, jossa EBT-menetelmää käytetään.

20 Tämän keksinnön avulla ratkaistavat ongelmat.

Valssaustoimenpiteen viimeisen vaiheen aikana kylmämuok-kauslaitoksessa käytettyjen työvalssien karheudella on kolme pääseurausta: : 25 1° Vältytään kiepin kierroksien kylmähitsautumiselta (kiinniliimautumiselta) eräpäästön aikana. Eräpäästämisen , aikana kiepin ulkokierrokset kuumenevat nopeammin kuin sisäiset. Lämpötilaero aiheuttaa kierroksien välistä läm- » pöpuristusta. Puristus tulee niin suureksi, että kierrok-30 set hitsautuvat yhteen. Tällaista hitsautumista kutsutaan "kiinniliimautumiseksi". Aukikelaamisen aikana ennen vii-meistelyvalssausta nämä kiinniliimautumiskohdat murtuvat : mutta jättävät merkin levypintaan. Tällaista virhettä kutsutaan "kiinniliimautumismerkiksi". Pintakarheus pie-35 nentää kiinniliimautumiskohtien muodostumistaipumusta eräpäästämisen aikana.

: 2° Varmistutaan päällystyksen kiinnittymiseltä terässubst- / 17 114973 rastilla (kuumasinkitys ja tulisinkitys). Kuumasinkitys-linjalla täysin kovettunut materiaali (tandemvalssauksen jälkeinen teräslevy) päästetään ensin yhtäjaksoisesti toimivalla päästölinjalla ja upotetaan tämän jälkeen 5 sinkkikylpyyn 470°C lämpötilassa. Levyn karheus on sinkin kiinnittymisen kannalta tärkeä tekijä. Tarvittavat pienimmät mahdolliset karheusarvot sijoittuvat välille 0,8 - 1,2 μιτι riippuen Zn-kerroksen paksuudesta.

3° Viimeistelyvalssauksen jälkeen muodostuu lopullinen 10 karheus, joka on muokkauslaitoskarheuden ja sitä seuraa-van viimeistelylaitoskarheuden välinen yhdistelmä. Tietyissä sovellutuksissa, kuten kylpyammeissa, tarvitaan erittäin suuria metallilevykarheuksia (Ra >3,5 μπι) . Tällaisia suuria arvoja ei voida aikaansaada yksinomaan vii-15 meistelyvalssauksen avulla. Tämän vuoksi tarvitaan myös suurta pintakarheutta kylmämuokkausvalssauksen jälkeen.

Kun kyseessä ovat valssaustoimenpiteen aikana kylmämuok-kauslaitoksessa tuotetut terästä tai ruostumatonta te-20 rästä olevat levyt tai nauhat muodostavat metallilevyjen tai metallinauhojen suuri kovuus ja 5-10 %:n paksuuden pienentyminen valssaustoimenpiteen viimeisen vaiheen aikana lisäksi erityisiä ongelmia, jotka ovat tuntemattomia viimeistelyvalssauslaitoksen tapauksessa.

25 * * · ‘ Kun työvalssien pintakuvioimiseksi käytetään satunnaisia ' ,.· pintakuviointimenetelmiä, kuten SBT- tai EDT-menetelmää, V * havaitaan pitkän aallonpituuden omaavan kumpuilun, nk.

"aaltoisuuden" muodostumista (katso kuv. 2).

; · 3 0

Sanottujen pintakuviointimenetelmien aikana muodostuneen ', aaltoisuuden syyt ovat: I - valssikovuuden satunnaiset vaihtelut, kuulapuhal- < * * lushiukkasten energiavaihtelut SBT-teknologian yhteydes- 3 5 sä; - syövyttävän kipinän sähköenergian vaihtelut, valssima- / 114973 18 teriaalin sähköjohtavuuden vaihtelut EDT-teknologian yhteydessä.

SBT- tai EDT-menetelmän avulla pintakuvioitujen valssien 5 aaltoisuus ei merkittävästi poikkea toisistaan samalla karheusarvolla. Erilaisilla hiomamenetelmillä suoritetut kokeet osoittivat, että nauhan aaltoisuutta kylmävals-sauksen jälkeen ei voida pienentää pienentämällä hiotun valssin karheutta ennen EDT:a.

10 SBT-prosessin tietokonesimulaatiot osoittavat että mikä tahansa pyrkimys lisätä valssin karheutta tulee kasvattamaan aaltoisuutta (katso kuviot 3 ja 4).

15 Sama karheuden (Ra) ja aaltoisuuden (Wa) välinen suhde löytyy EDT-valssien kohdalla. Kuviossa 5 on esitetty Raja Wa-arvot EDT-valssin osalta pintakuviointiajan tai pintakuviointiasteen funktiona. Kun pintakuviointiaste kasvaa sekä Ra että Wa kasvaa.

20 Nämä tulokset osoittavat, että aaltoisuus tulee kuvaan pintakuvioinnin aikana ja se on suora seuraus pyrkimyksistä lisätä valssin karheutta. SBT- ja EDT-menetelmiin ; ·(> sisältyvä luontainen vaihtelevuus on vastuussa syntyvän 25 pintakuvioinnin satunnaisesta luonteesta, ja myös laajan topograafisten aallonpituuksien skaalan muodostumisesta valssin pinnalle.

Valssin pinnan aaltoisuus siirtyy levyn karheuteen hel-30 pommin kylmäpelkitystoimenpiteen kuin viimeistelyvals-; sauksen aikana. Suuremmat paineet (johtuvat kovemmasta levystä ja suuremmasta paksuuden pienenemisestä) ja pi-,: tempiaikaisesta kosketuksesta levyn ja valssin välillä (johtuu suuremmasta paksuuden pienentymisestä) saavat 35 aikaan sen, että jopa valssin suuren aallonpituuden omaa-. va kumpuilu painautuu levyn pintaan.

» * * · » 19 114973

Kiinniliimautumismerkkien välttämiseksi eräpäästämisen jälkeen tulee kylmämuokkauslaitoksen karheuden Ra-arvon kuitenkin olla suuri. Tämän vuoksi käytetään kuulapuhal-lettuja tai EDT-menetelmän avulla käsiteltyjä valsseja, 5 joilla on suuri Ra-arvo (5-6 μτη) ja valitettavasti suuri Wa-arvo. Tämä johtaa suureen aaltoisuuteen kylmävals-sauksen jälkeen. Kylmämuokkausaaltoisuutta ei voida silittää pois ja se jää lopulliseen karheuteen koska paksuuden pieneneminen viimeistelylaitoksessa on pieni (0,5 10 - 1,0 %) (katso kuvioita 6 ja 7) .

Siitäkin huolimatta,- että viimeistelyvalssauksen aikana käytetään EBT- tai LT-pintakuvioituja valsseja sisältää lopullinen pinta kylmämuokkausvalssien aaltoisuuden 15 (katso kuvioita 8 ja 9) .

Aaltoisuus vaikuttaa haitallisesti värittyneiden osien ulkonäköön, kuten kuvioissa 10 ja 11 on esitetty.

20 Tämän keksinnön eräs toinen ongelma on kylmämuokkauslaitoksessa käytettyjen ja tavanomaisella tavalla aikaansaatujen pintakuvioitujen valssien merkittävä kuluminen. Kuluminen johtuu kylmämuokkausvalssauksen aikana esiinty-; vistä suurista leikkausvoimista, mikä aiheuttaa suuren j 25 levyn tai nauhan paksuuden pienentymisen ja materiaalin } suuren kovuuden kun kyseessä on teräslevy. Tämä pätee . EDT-valssien osalta, mikä johtuu ohuista ja terävistä reunoista.

• * • · > 30 Eräs toinen, tähän keksintöön liittyvä ongelma on pienen-*; · tää rautahilseen kiinnittymistä erityisesti silloin kun *···' tuotetaan SBT- ja EDT-valsseja, joiden karheus on pieni.

:*·.· Kylmämuokkauslaitoksen emulsiossa läsnä oleva rautahilse ;.·.* kiinnittyy työvalssiin silloin kun valssikarheuden huiput 35 ovat teräviä. Tämän jälkeen työvalssi ja tukivalssi vau- rioituvat ja valssausprosessi on keskeytettävä.

« · I

114973 20 ; Tästä syystä pyritään tällä hetkellä tuottamaan pienempi tandemkarheus vaarantamatta eräpäästöä ja päällystyksen kiinnittymistä. Tämä pyrkimys on kuitenkin rajallinen tavanomaisilla karhennusmenetelmilla sovelletun karheuden 5 epäsäännöllisestä luonteesta (aaltomaisuus) johtuen.

Kuviossa 12 on esitetty EBT-kone, jonka tehtävänä on muodostaa tämän keksinnön menetelmän ja laitteen yhteydessä käytettäville kylmävalsseille erityisiä pintakuvioita.

10 EBT-konetta voidaan yleisesti ottaen verrata erittäin tehokkaaseen TV-laitteeseen, jossa kuvaruutu on korvattu pintakuvioitavalla valssipinnalla. Pääedut ovat tällöin: - joustavuus 15 - jäljennettävyys - ennustettavuus - tuottavuus - luotettavuus - täysautomaattisuus 20 EBT-kone koostuu pääasiassa seuraavista osista: - pintakuviointikammiosta (1); - elektronitykistä (8) ; - tyhjöpumpusta (13); , 25 - suljetusta lämmönvaihtopiiristä (ei esitetty) ; - sähköohjauskaapeista (ei esitetty).

; Pintakuviointikammio (1) käsittää valetun teräspohjan ja alumiinikatteen, jotka muodostavat ilmatiiviin yksikön.

30 Katteen yläosassa on liikkuva kansi valssien (2) kuormaa-:* misen ja purkamisen mahdollistamiseksi. Pintakuvioimi sen aikana kammion (1) tyhjiö pidetään muuttumattomana arvos-: sa 10"1 mbar. Valssia pyöritetään portaattoman käyttömoot- torin (6) elinten (3, 4, 5) avulla kierroslukualueella 0 35 - 1000 k/min, samalla kun vaihtomekanismi (7) huolehtii : .* valssin (2) siirtämisestä kiinteästi asennetun elektro- nitykin (8) edessä. Siitä hetkestä kun pintakuviointi on / 114973 21 valittu ja valssi (2) on sijoitettu pintakuviointikam-mioon (1) tapahtuvat koneen asettaminen ja pintakuvioin-tiprosessi automaattisesti. EBT-konetta ohjataan viiden mikroprosessorin avulla, jotka ovat yhdistetyt toisiinsa 5 ja keskusohjauksen PC:hen lähiverkkojärjestelmän (LAN = Local Area Network) avulla, joka toteutetaan kuituoptiikan avulla ei-toivotun melun välttämiseksi.

EBT-koneen pääosa on elektronitykki (8), joka on kiin-10 teästi asennettu pintakuviointikammion (1) takaseinään. Kuten kuviossa 2 on esitetty käsittää elektronisädetykki (8) kolme osaa: - kiihdytinyksikön (10) , joka on varustettu katodilla (9) - säädettäväpolttovälisen linssiyksikön (11) 15 - tarkennusyksikön (11) .

Elektronitykki voidaan kuvata klassiseksi triodiksi, joka kuitenkin on varustettu nopeasti sykkivällä ja säädettä-väpolttovälisellä linssioptiikalla, minkä ansiosta se on 20 ainutlaatuinen. Koverteen ja reunan muodostumisprosessi on esitetty kuviossa 13. Tykki toimii ΙΟ"3 - 10'4 mbar tyhjöllä ja se käyttää 200 kV:n kiihdytysjännitettä 75 : mA:n maksimivirralla. Suorakuumennettu katodi tuottaa . .t> elektronit. Tykin syketaajuutta voidaan muuttaa yhtäjak- : 25 soisesti, ja sen maksimi on 200 kHz. Sädetysjaksot yhden . ainoan koverteen muodostamiseksi, joka voidaan suorittaa joko kerta- tai kaksoissädetyksenä, on seuraavanlainen: * ·

* I

• · * t > % » 114973 22

Γ I

I kerta- \esi- välttää metalliroisketta 5 I sädetys Jkuumennus hitsaa reunan alusmetalliin \ \ ensi- säätää koverteen reunan \ \ sädetys leveyttä ja korkeutta \ \ ?älki" 10 \ 1 kuumennus kaksois-^S sädetys \

15 I

I λ esikuumennus l \ toinen sädetys jälkikuumennus 20 Sädetysjakson kokonaisaika per koverre (ensimmäinen ja mahdollisesti toinen sädetys) sijoittuu välille 2-15 25 μΞ.

Elektronisäde poikkeutetaan suunnasta niin, että se seuraa valssin siirtymistä ja pyörimistä koverteen muodostamisen aikana. Tällä tavalla valssin pinta kokonaisuudes-30 saan pintakuvioituu täysin ympyränmuotoisilla koverteil-•# la. Siirtonopeutta voidaan muuttaa yhtäjaksoisesti välil lä 0,03 - 0,36 m/min. Siirtonopeutta ohjataan valssin siirtymis- ja pyörimisnopeuden avulla, joka on koodaus-laitteiden valvoma, joka puolestaan ohjaa elektronisäteen * 35 iskeytymisen ajoitusta.

: : Valssin pintakuviointi muodostuu kaksiulotteisen deter ministisen koverrekuvion avulla, joka aikaansaadaan suu-renergiasäteen (esimerkiksi elektronisäteen) avulla, jol-. 40 loin kukin koverre on koverrereunan ympäröimä.

• Kaksiulotteisen kuvion rakenne on muuttumaton ja se mää-1 * rittyy kolmen parametrin avulla: dL, dA ja n.

45 - dL on etäisyys kahden koverteen välillä valssin kehän- 1 1 4973 23 suunnassa mitattuna - dA on etäisyys kahden kehän välillä aksiaalisuunnassa - n on kierroksien lukumäärä valssilla ennenkuin kover-teella on sama kehänsuuntainen asema valssilla, jolloin n 5 voi olla kokonaisluku tai reaaliluku (joka ei ole yhtä kuin kahden kokonaisluvun murtoluku).

Joitakin esimerkkejä peruskennoista on esitetty kuvioissa 14, 15 ja 16.

10

Kuvion 14 kuviossa on suorakaiteenmuotoinen peruskenno: koverteilla on sama asema ruuviviivan kunkin kierroksen kohdalla.

15 Kuvion 15 kuviossa on kuusiokulmainen peruskenno: ruuvi-viivan kahden kierroksen jälkeen koverre sijoittuu samaan asemaan aksiaalisuunnassa.

Kuvion 16 kuviossa koverteella on sama kehänsuuntainen 20 asema kolmen kierroksen jälkeen:

Etäisyydet dL ja dA voidaan valita laajoissa puitteissa: ,· väliltä 80 - 550 μπι. Luku n on kokonaisluku, joka on suu- ; .. rempi tai yhtä suuri kuin 1 (ei mitään rajoituksia maksi- * 25 min suhteen). Jokaista alkulukua tai reaalilukua kohden j löytyy erilainen kuvio. Kun n on murtoluku tai kokonais- . . luku, joka on suurempi kuin valssilla olevien kierroksien .· *, lukumäärä (tyypillisesti noin 20000) on kuvion aksiaali nen jaksollisuus melkein olematon. Tämän menetelmän avul-30 la on mahdollista kehittää näennäissatunnainen aksiaa-lisuuntainen koverrejärjestys.

* » ! Koverteen muoto on sädehalkaisijan d, sädetysajan ts ja * säteen suunnasta poikkeuttamisen funktio sädetyksen aika- 35 na. Kun säde seuraa valssipintaa sädetyksen aikana voi-; daan kehittää täydellisesti ympyränmuotoisia koverteita, joiden koverresyvyys K on suoraan verrannollinen sädetys- i 24 114973 aikaan ts (katso kuv. 17).

Kun mitään suunnasta poikkeuttamista ei esiinny ja suunnasta poikkeuttaminen on negatiivinen (suunnasta poik-5 keuttaminen tapahtuu poispäin valssipinnasta), saadaan aikaan enemmän tai vähemmän soikeanmuotoisia koverteita.

Koverteen reunan muotoon vaikuttaa esi- ja jälkikuumenta-minen, energiajakauma sädesäteen poikki, asema ja kover-10 teen halkaisijan ja koverteen kuvion välinen suhde. Ympyränmuotoinen pyöreä koverre, jolla on sileät reunat, muodostuu silloin kun koverteen halkaisija on pieni verrattuna kahden koverteen väliseen etäisyyteen ja kun jälki -kuumennus on pitkäaikainen.

15

Pidentämällä esikuumennusaikaa ja lyhentämällä jälkikuu-mennusaikaa voidaan muodostaa yhä epäsäännöllisempi reuna .

20 Keskeytyvä reuna, joka koostuu useista valssimateriaali-kasoista, muodostuu silloin kun koverrehalkaisija on noin 80% kahden koverteen välisestä etäisyydestä. Kasojen muo-. : to ja kasojen lukumäärä per koverre on parametrien dL, dA

; .. ja n funktio.

: 25 , Karheuden siirtäminen pintakuvioidusta työvalssista le- » vyyn on täysin erilainen kylmämuokkauslaitoksessa ver- ! . rattuna viimeistelylaitokseen. Viimeistelylaitoksessa • · • » * levyn karheus kehitetään reunan levyyn muodostaman jäljen 30 avulla (katso kuv. 18).

,· Kylmämuokkauslaitoksessa levyn pinta käsittää reunan muo- 'I dostamien jälkien lisäksi myös hiuppuja tai kohoumia, * » . jossa materiaali on ruiskupuristettu koverresyvyyteen, 35 mikä johtuu suurista leikkausvoimista. Täten koverre-- syvyys vaikuttaa suoraan karheuteen kylmämuokkausvaiheen jälkeen (katso kuv. 19) .

i 25 1 1 4973

Kuvioissa 20 ja 21 on esitetty levyn karheus kylmämuokka-usvalssauksen jälkeen deterministisellä EBT-karheudella, tai viimeistelyvalssauksen jälkeen EBT-karheudella.

5

Ruiskupuristamalla valssin vastaaviin koverteisiin joutuneesta materiaalista johtuvia korkeita kohoumia tai huippuja voi kuitenkin muodostua tai niitä ei muodostu levyn tai nauhan paksuuden pienentymisestä riippuen.

10

Ratkaisu pintakuvioidun työvalssin kulumiseen kylmämuok-kausvalssauksen aikana.

Valssilla olevan reunan tai keskeytyvien huippujen muoto 15 vaikuttaa voimakkaasti valssin kulumiseen kylmämuokkaus-valssauksen aikana. Valssilla olevan reunan kasojen leveyden ja korkeuden välisen suhteen tulisi olla ainakin 3. Muussa tapauksessa leikkausvoimien kasaan kohdistama jännitys on liian suuri ja huippu murtuu irti.

20

Pyöreän kartionmuotoisen reunan osalta (pyöristetyllä kärjellä) tämä olotila voidaan toteuttaa seuraavien säde-, *: tysparametrien avulla: ; - säteen polttopiste on valssin pinnan alapuolella 25 - koverteen halkaisijan ja koverteen syvyyden suhde on suurempi kuin 4.

• * * · ; ; Kuviossa 22 on esitetty Ra-arvon kehitys kylmämuokkaus- ' * valssaustoimenpiteen aikana tällaisella reunamuodolla.

30 : Ra pienenee jonkin verran toimenpiteen ensimmäisen osan aikana. 20 km:n jälkeen valssin karheus on vakaa ja kulu- : mistä ei käytännössä esiinny.

• 35 Kulumista on voitu pienentää edelleen muuttamalla reunan I · muotoa. Havaittiin, että kun käytetään valssin pinnan : · » yläpuolista säteen polttopistettä valssin alapuolisen i 26 1 1 4973 polttopisteen sijasta muuttuu reuna pyöristetyllä kärjellä varustetusta kartionmuotoisesta reunasta enemmän puo-lisuunnikkaan muotoiseksi. Puolisuunnikkaan reunan leveyden ja korkeuden välisen suhteen tulisi olla ainakin 2 5 kulumisen minimoimiseksi.

Ratkaisu rautahilseen kiinnittymisongelmaan muokkausvals-sauksen aikana.

10 Rautahilse kiinnittyy EBT-pintakuvioiduille valsseille kun reunan sivut ovat liian jyrkät. Siinä tapauksessa, että rautahilse puristuu reunan yli, ja valssaustoimenpi-teen joustavan takaisinjouston vuoksi rautahilse liimautuu kiinni valssipintaan (kuv. 23).

15

Kun reunan sivut ovat vähemmän jyrkät on rautahilseen ja valssin välinen kitkavoima joustavan takaisinjouston jälkeen liian pieni ja rautahilse ei liimaudu kiinni valssiin.

20

Pyöreän kartionmuotoisen reunan osalta tulisi leveyden ja korkeuden välisen suhteen olla ainakin 3 rautahilseen kiinnittymisen välttämiseksi. Tämä olotila toteutetaan seuraavien sädeparametrien avulla: 25 säteen polttopiste on valssipinnan alapuolella ; - koverteen halkaisijan ja koverteen syvyyden välinen suhde on suurempi kuin 4.

*

Ratkaisu kiinniliimautumismerkkiongelmaan eräpäästön ai-3 0 kana.

Eräpäästön aikana kierroksien välinen puristus jakautuu : monille tandem-EBT-karheuden suippoja huippuja pitkin.

• · ! yhteen huippuun kohdistuva kosketuspaine on suuri ja on 35 hyvin todennäköistä, että hitsi muodostuu huipun kärjen kohdalle.

» / 1 1 4973 27

Hitsin halkaisija huipun kärjen kohdalla on pieni (esimerkiksi < 40 μτη) ja hitsin murtamiseksi tarvitaan vain pieniä voimia. Tämä tapahtuu materiaalin jäähtymisen aikana kun lämpöjännitykset häviävät. Tämä kierroksien 5 joustava relaksaatio aiheuttaa sen, että hitsit murtuvat ja että kiinniliimautumismerkkejä ei muodostu materiaalin aukikelaamisen aikana.

Tämä mekanismi pätee jopa hyvin pienten Ra-arvojen osalta 10 kunhan EBT-kylmäpelkistyksen huiput ovat läsnä. Mitään kiinniliimautumismerkkejä ei havaittu levyn osalta, jonka tandemkarheus oli 0,5 μτη. Käytännössä ei enää ole mitään huippuja ja kiinniliimautumismerkkejä ei tule muodostumaan kun levyn Ra-arvo alenee tasolle 0,5 μτη.

15

Ratkaisu tulisinkityn päällystetyn teräksen kiinniliimau-tumiseen

Tulisinkitty kerros muodostuu kun Fe ja Zn reagoivat 20 päästökäsittelyn aikana levyn kuumasinkityksen jälkeen nestemäisessä Zn:ssä. Pinta-alalla on hyvin suuri merki-. tys tässä reaktiossa: ‘ 1. Mitä suurempi karheus sitä suurempi Fe:n ja Zn:n väli- nen ominaiskosketuspinta. Reaktion reaktiivisuus kasvaa.

' 25 On tunnettua, että hyvin nopea reaktio voi aiheuttaa • FeZn-yhdisteiden nk. purkautumisen nestemäisestä Znrstä.

: Tällainen kerros on epähomogeeninen, mikä aiheuttaa huo- : : mättävään päällystyksen painohäviön syvävetämisen aikana.

2. Mitä suurempi aaltoisuus sitä suuremmat ovat nestemäi-30 sen Zn-kerroksen paksuuserot ennen päästämistä. Aaltoi-suus voi aiheuttaa merkittäviä eroja: keskimääräinen Zn- ' , paksuus voi muuttua paikallisesti väliltä 5 - 15 μτη kes- * ! kimääräisellä kokonaispaksuudella 10 μτη. On olemassa kak- . si syytä siihen, että FeZn-reaktio käynnistyy siitä koh- 35 dasta, jossa nestemäinen Zn on ohuimmillaan: ,1. Nestemäisessä Zn:ssä oleva Ai muodostaa kerroksen FE:n 114973 28 ja nestemäisen Ζη·.η väliin ennen reaktiota. Tämä kerros toimii FeZn-reaktion hidastimena ja edesauttaa reaktion ohjausta. Havaittiin, että AI ensisijaisesti sijoittuu syvennyksiin, jossa nestemäisen Zn:n paksuus on suuri.

5 2. Kun Zn-kerroksen paksuus on suurempi tulee kestämään pitempään ennenkuin FeZn-rajapinnan lämpötila on saavuttanut välttämättömän arvon reaktion käynnistämiseksi.

Nämä levyn aaltoisuudesta johtuvat reaktiokinetiikkaerot 10 saavat myös aikaan epähomogeenisen kertymisen ja painohä-viön syvävetämisen aikana.

Käyttämällä determinististä kylmämuokkauskarheutta on FeZn-yhdisteiden homogeeninen kertyminen mahdollinen.

15 Tämä pienentää päällystyksen painohäviötä vetämisen aikana 30%:iin siitä arvosta, joka saadaan aikaan klassisen kuulapuhalluskarheuden (katso kuv. 24) avulla.

EBT-kylmämuokkauskarheuden positiivinen vaikutus johtuu: 20 1. Pienemmästä ominaiskosketusalueesta samalla Ra-arvolla 2. Olemattomasta aaltoisuudesta, mistä syystä ei ilmene mitään paikallisia eroja reaktiivisuuden osalta » » : 3. Teräslevyn ympyränmuotoisten koverteiden välissä ole- vasta suuresta koskemattomasta tasaisesta levypinta-alas-• : 25 ta. Tämän vuoksi tulisi sisäisen koverrehalkaisijan ja . : koverteiden välisen etäisyyden suhteen valssilla olla pienempi kuin 0,5.

t I

EBT-kylmämuokkauskarheus pienentää myös päällystyksen 30 paksuuden vaihtelua. Kuviossa 25 on keskimääräinen paksuus ja materiaalin paksuuden vaihtelu kuulapuhalluskar-.· heuden avulla verrattu materiaaliin, jolla on EBT-pinta- : kuviointi. Samalla kokonaispäällystyspainolla pienentää säännöllisempi EBT-pintakuviointi vaihtelua yhteen koi-35 mannekseen kuulapuhallusarvosta.

:, ,· Ratkaisu kylmämuokkauslaitosta varten tarkoitetun EBT- 114973 29 pintakuvioinnin ja viimeistelyvalssausta varten tarkoi-tettun EBT-pintakuvioinnin yhdistämisongelmaan.

EBT-kylmämuokkauskarheus voidaan yhdistää EBT-pintakuvi-5 oltuihin valsseihin viimeistelylaitoksessa.

Viimeistelyvalssauksen aikana samankorkuisilla (5-15 μιη) huipuilla varustettu tulee homogeeninen kuvio siliää täysin. Kylmämuokkauskarheuden aikana muodostuneet enem-10 män tai vähemmän ympyränmuotoiset syvennykset tai painaumat jäävät pintakuvioon viimeistelyvalssauksen jälkeen. Kuten edellä on selitetty muodostuu viimeistely-valssausprosessin aikana yksinomaan merkkejä valssin reunoista ja huippuja ei muodostu lainkaan alhaisesta koske-15 tuspaineesta johtuen viimeistelyvalssauksen aikana.

On helppo syventää viimeistelylaitossyvennyksiä. Alhaiset leikkausvoimat viimeistelyvalssauksen aikana mahdollistaa korkeilla reunoilla varustettujen valssien käyttämisen 20 ilman irtimurtumisvaaraa valssauksen aikana. Muodostunut pintakuviointi koostuu säännöllisestä matalien ja syvien ympyränmuotoisten syvennyksien yhdistelmästä, kuten kuvioissa 26 ja 27 on esitetty.

·.· 2 5 Tämän ilmiön seurauksena saadaan kolme ainutlaatuista ja .j yllättävää etua: . *, 1. Lopullinen levyn yhdistelmäpintakuviointi on täysin .' ·# ennakoitavissa ja jäljennettävissä. Se on ensimmäinen levypintakuviointi, jossa käytetään yksinomaan täysin , 30 deterministisiä valsseja.

·;;; 2. Kylmämuokkauslaitoksen karheuden osuus lopullisesta *..* levykarheudesta on rajallinen: kun huiput siliävät pois ja reunoista jää vain matalia merkkejä rajoittuu kylmä-muokkauslaitoksen osuus lopullisesta karheudesta Ra-ar-35 voon 0,2 μιη. Tämä pieni osuus helpottaa alhaisten lopul-listen karheusarvojen tuottamista pienellä vaihtelulla.

/ 30 114975 3. Kahden syvennysryhmän yhdistelmä (kylmämuokkauslaitok-sen ryhmä ja viimeistelylaitoksen ryhmä) tuottaa erityisiä etuja syvävetävyyden kannalta. Voiteluöljy vapautuu vähitellen tarpeen mukaan. Matalat syvennykset va- 5 pauttavat helposti öljysisältönsä (esimerkiksi pienillä vetosuhteilla) samalla kun syvemmät syvennykset pitävät öljyn sisällään hyvin paljon pitempään, mikä suosii korkeita vetosuhteita.

4. Lopullisessa pintakuvioinnissa ei ole mitään aaltoi-10 suutta, ei myöskään suurilla Ra-arvoilla, esimerkiksi 2,5 μπι. Tämä on havainnollistettu kolmiulotteisissa pintaku-viointimittauksissa kuvioissa 18 ja 19, jossa on esitetty karheudeltaan suuri ja pieni viimeistelylaitoskarheusku-vio. Kuvioissa 30 ja 31 on verrattu tämän uuden levypin-15 takuvioinnin tehospektriä pintakuviointiin, jossa käytetään satunnaispintakuvioituja valsseja kylmämuokkauslai-toksessa tai viimeistelylaitoksessa. Suuret aallonpituudet (> 0,6 mm) syntyvät aina satunnaisvalsseja käytettäessä ja ne puuttuvat käytännössä kokonaan uudesta pinta-20 kuvioinnista.

Suurten aallonpituuksien puuttuminen parantaa merkittä-: västi väritystä (katso kuv. 32) ja, mikä on tärkeämpää, ; .. tämä kasvu on riippumaton levyn Ra-arvosta. Tämän keksin- ·· 25 nön avulla voidaan tuottaa levyjä, joilla Ra-arvo voi • ·{ olla jopa 2,5 μιη vedettävyyden ja erinomaisen värityksen : suosimiseksi.

» > * /

Claims (29)

114973 31

1. Menetelmä metallilevyjen tai -nauhojen tuottamiseksi metallilevyn tai -nauhan kylmämuokkausvalssauksen avulla 5 tandemlaitoksessa tai vaihtosuuntaisessa laitoksessa ainakin yhdellä työvalssiparilla, joista ainakin yksi on pintakuvioitu työvalssi pintakuvioidun työvalssin pintakuvion siirtämiseksi sanotun levyn tai nauhan pintaan, jolloin pintakuvioidun työvalssin sanottu kuvio koostuu 10 kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuviosta, joka on aikaansaatu suurienergiaisella säteellä, kuten elekt-ronisäteellä ja jossa kukin piste on koverteen muotoinen, jota ympäröi säädettävä reuna, jonka koverteen reunan leveyden ja korkeuden välinen suhde on ainakin 2, kahden 15 vierekkäisen koverteen välinen etäisyys sijoittuu välille 50 - 550 μπι, koverteen sisähalkaisija sijoittuu välille 2 0 - 250 μπι, ja kylmämuokkauslaitoksessa olevan pintakuvioidun työvalssin karheus sijoittuu välille 0,4 - 8,0 μπι. 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu , ··. siitä, että kylmämuokkauslaitoksessa olevan pintakuvi- ; , oidun työvalssin karheus sijoittuu välille 1,0 - 3,5 μπι. * · * . 25

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, • * tunnettu siitä, että reunan leveyden ja korkeuden väliin nen suhde on ainakin 3.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu 3. siitä, että koverteen halkaisijan ja koverteen syvyyden välinen suhde on suurempi kuin 4. * I

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kahden vierekkäisen 35 koverteen välinen etäisyys sijoittuu välille 130 - 320 / 114973 32 μπ\, jolloin syvyys sijoittuu välille 8-30 μτη.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koverteen sisähalkaisija 5 sijoittuu välille 50 - 180 μττ\ vaikka reunan leveys sijoittuu välille 4 - 100 μη ja sopivimmin 10 - 75 μη ja reunan korkeus sijoittuu välille 2 - 50 μη ja sopivinmin 5 - 35 μη.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että metallilevy tai -nauha kylmä-muokkausvalssauksen jälkeen viimeistelyvalssataan ainakin yhden työvalssiparin avulla, joista ainakin yksi on pintakuvioitu työväissä pintakuvioidun työvalssin pin-15 takuvion siirtämiseksi sanotun levyn tai nauhan pintaan, jolloin sanottu viimeistelylaitoksen työvalssin kuvio koostuu kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuviosta, jossa kukin piste on koverteen muotoinen, jota ympäröi reuna. 20

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viimeistelylaitoksessa olevan pintakuvioidun työvalssin karheus sijoittuu välille 0,4 - 8,0 μπι ja sopivimmin 1,6 - 6,0 μπι. 25

» · ‘ 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene- V * telmä, tunnettu siitä, että kylmämuokkauslaitoksen ja/tai viimeistelylaitoksen työvalssiparin kumpikin valssi pintakuvioidaan kuviolla, joka koostuu kaksiulotteisesta 30 deterministisestä pistekuviosta. « »

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene- • · • telmä, tunnettu siitä, että kylmämuokkauslaitoksen ja/tai viimeistelylaitoksen pintakuvioidun työvalssin kuviora- 3. kenne muodostaa pisteistä koostuvia peruskennoja, jotka / 114973 33 sopivimmin ovat säännöllisiä keskiöityjä kuusikulmioita.

11. Laite metallilevyjen tai -nauhojen tuottamiseksi kylmämuokkauksella, joka käsittää ainakin tandemvals-5 sauslaitoksen tai vaihtosuuntaisen valssauslaitoksen, jossa on ainakin yksi työvalssipari, tunnettu siitä, että ainakin yksi tandemvalssauslaitoksen tai vaihtosuuntaisen valssauslaitoksen työvalssiparin valssi on varustettu pintakuvioinnilla, joka koostuu kaksiulottei-10 sesta deterministisestä pistekuviosta, joka on aikaansaatu suurienergiaisella säteellä, kuten elktronisä-teellä, jossa kukin piste on koverteen muotoinen, jota ympäröi reuna, jonka koverteen reunan leveyden ja korkeuden välinen suhde on ainakin 2, kahden vierekkäisen 15 koverteen välinen etäisyys sijoittuu välille 50 - 550 μπι, koverteen sisähalkaisija sijoittuu välille 20 - 250 μιη, ja kylmämuokkauslaitoksessa olevan pintakuvioidun työ-valssin karheus sijoittuu välille 0,4 - 8,0 μπι.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että kylmämuokkausvalssauslaitos on vaihtosuuntai-nen laitos, joka käsittää vain yhden työvalssituoliparin, jotka suorittavat useita valssaustoimenpiteeseen sisäl- • > · . tyviä vaiheita, jolloin työvalssit vaihdetaan muokkaus- . 25 toimenpiteen viimeisen vaiheen aikana pintakuvioiduiksi » · työvalsseiksi, joista ainakin yksi on varustettu pintakuvioinnilla, joka koostuu kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuviosta.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että kylmämuokkauslaitos on tandemlaitos, joka : käsittää useita valssituolipareja ja jossa vain viimeinen valssituolipari käsittää ainakin yhden pintakuvioidun työvalssin, joka on varustettu pintakuvioinnilla, joka : ** 35 koostuu kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuvios- ta, jolloin muokkaustoimenpide suoritetaan yhdessä jak- / 114973 34 sossa.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 11-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että se myös käsittää viimeistelyvals- 5 sauslaitoksen, jossa on ainakin yksi työvalssipari, jolloin ainakin yksi viimeistelylaitoksen työvalssiparin valssi on varustettu pintakuvioinnilla, joka koostuu säännöllisestä kaksiulotteisesta deterministisestä piste-kuviosta, jossa kukin piste on koverteen muotoinen, jota 10 ympäröi reuna.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 11-14 mukainen laite, tunnettu siitä, että tandem- tai vaihtosuuntaisen muok- kauslaitoksen ja/tai viimeistelylaitoksen työvalssiparin 15 kumpikin valssi pintakuvioidaan kuviolla, joka koostuu kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuviosta.

16. Metallilevy tai -nauha, joka on valmistettu jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisella menetelmällä tai 20 jonkin patenttivaatimuksen 11-15 mukaisella laitteella, jossa on pintakuvio, joka koostuu säännöllisestä kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuviosta, jolloin kukin piste on kohoumaa tai huippua ympäröivän painauman muotoinen, ja missä profiilin tehospektrin mittauksella 25 on tehotiheys yli 800 μιη aallonpituudelle alle 0,2 μπι2

: : 17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen metallilevy tai - nauha, tunnettu siitä, että venymä on pienempi kuin 10% (koe Euronorm EN10002-1). ;· 30

18. Patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukainen metallilevy . tai -nauha, tunnettu siitä, että kovuus on ainakin 80 > t I » I · ! Rockwell B. ί I f S · * t ; 35

19. Jonkin patenttivaatimuksen 16-18 mukainen metallilevy t: tai -nauha, tunnettu siitä, että metaalilevyn tai - / 35 114973 nauhan karheus sijoittuu välille 0,3 - 2,5 μπι ja sopivimmin 0,5 - 2,0 μπι.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 16-19 mukainen metallilevy 5 tai -nauha, tunnettu siitä, että levyssä tai nauhassa olevan painauman leveyden ja syvyyden välinen suhde on ainakin 2 ja sopivimmin ainakin 3.

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen metallilevy tai -10 nauha, tunnettu siitä, että kohouman halkaisijan ja kohouman korkeuden välinen suhde on suurempi kuin 3 ja sopivimmin suurempi kuin 4.

22. Jonkin patenttivaatimuksen 16-21 mukainen metallilevy 15 tai -nauha, tunnettu siitä, että kahden vierekkäisen kohouman tai huipun välinen etäisyys sijoittuu välille 50 -550 μιη ja sopivimmin 130 - 320 μπι, jolloin kohouman korkeus sijoittuu välille 0-30 μιη.

23. Jonkin patenttivaatimuksen 16-22 mukainen metallilevy tai -nauha, tunnettu siitä, että painauman sisähalkai- * · , * sija sijoittuu välille 20 - 250 μπι ja sopivimmin 50 - 180 • I · μπι vaikka painauman leveys sijoittuu välille 4 - 100 μπι » , ja sopivimmin 10 - 75 μτη ja painauman syvyys sijoittuu , 25 välille 0 - 50 μπι ja sopivimmin 5-30 μπι. • · ♦ f ·

24. Jonkin patenttivaatimuksen 16-23 mukainen metallilevy , tai -nauha, tunnettu siitä, että sen pinnan kohdalla ei I . · ole mitään sisäistä jännitystä. • · 30 • · •V

; 25. Jonkin patenttivaatimuksen 16-24 mukainen metallilevy '•"’1 tai -nauha, tunnettu siitä, että satunnaiskarheus osit- tain peittää kaksiulotteista determinististä pistekuvio- *··. ta. * · / 114973 36

26. Jonkin patenttivaatimuksen 16-25 mukainen metallilevy tai -nauha, tunnettu siitä, että tasadeterministinen karheus osittain peittää kaksiulotteista determinististä 5 pistekuviota.

27. Jonkin patenttivaatimuksen 16-26 mukainen metallilevy tai -nauha, tunnettu siitä, että se on varustettu kahdesta pintakuviointijoukosta muodostuvalla lopullisella 10 yhdistelmäpintakuvioinnilla, jonka pintakuvio koostuu kaksiulotteisesta deterministisestä pistekuviosta.

28. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen menetelmän tai jonkin patenttivaatimuksen 11-15 mukaisen laitteen 15 käyttäminen teräksestä, ruostumattomasta teräksestä, alumiinista tai alumiiniseoksesta valmistettujen levyjen tai -nauhojen pintakuvioimiseksi.

29. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen menetelmän 20 tai jonkin patenttivaatimuksen 11-15 mukaisen laitteen käyttäminen levyjen tai nauhojen pintakuvioimiseksi, jotka tullaan päällystämään metalli- tai orgaanisella ** kerroksella. ‘ · 25 » ; Patent kr av