CN1056789C - 制造冷轧金属板材或带材的方法和装置以及制成的板材或带材 - Google Patents

Abstract

生产金属板材或带材的方法，此时经由冷轧压缩轧制一种金属板材或带材，使用至少一对工作轧辊，其中至少有一个是一种带网纹的工作轧辊，以便将该带网纹工作轧辊的表面图形转移到所述板材或带材的表面上，其特征在于，该带网纹工作轧辊的所述的图形是一些光点的一个两维确定性图形，其中每个光点具有一个凹坑的形状，其上围绕一个边缘。

Description

制造冷轧金属板材或带材的方法和装置以及制成的板材或带材

本发明涉及制造冷轧金属板材或带材的一种方法和一种装置，此时在一台轧制机中经过一道冷轧压缩工序。

本发明还涉及经过冷轧压缩机制成的金属板材或带材，此时最好采用本发明提出的方法和装置。

冷轧过程主要在于将来自热轧机的带材拖出到一台冷轧压缩轧机上。

冷轧压缩机旨在将金属板材或带材的总厚度压缩到某个比值上，该比值一般包含在50与90％之间，这道工序是由若干个步骤完成的，而且至少有三个步骤，这种冷轧压缩可在一个机座内使用一台双向轧机来完成，或在若干个机座内使用一台称做“连续轧机”的压缩轧机来完成，而且其中若干个压缩步骤是在一个顺序内进行的。

然后将经受冷轧的板材或带材放在一个加热炉内加热，这一过程叫做退火过程。以后退过火的板材或带材通过第二台称做“表皮光轧”或“表皮光轧机”的冷轧机，以便使其经受一次小的冷变形来改进金属板材或带材的机械性能和表面质量。

进行冷轧机压缩工序期间，施加在轧辊上的压力大于10千牛顿/毫米，而且两个压缩步骤之间的张力约为200帕斯卡。而在进行表面光轧工序期间则是法向压力小于5千牛顿/毫米，而且两个压缩步骤之间的张力约为25兆帕斯卡。

在一台压缩轧机中经受一道轧制工序后的金属板材的物理性能和经受一道表皮光轧或表面光轧工序后的材料性能相比是完全不同的。

金属板材或带材的主要性能概括如下表所示

	压缩工序	表皮光轧工序
			洛氏硬度B(欧洲标准A11-106和A11-108)	最小80(十分硬的)	30至60
弯曲试验(欧洲标准117-02)	在任何方向都没有弯曲	本身沿任何方向倾向平直
			屈服强度(欧洲标准EN10002-1)	550至750兆帕斯卡	130至240兆帕斯卡
50毫米内延伸率(欧洲标准EN10002-1或ASTME8M	＜10％	30至50％

通常的做法是在冷轧机装置内对工作轧辊形成某种粗糙度，最好是在一台冷轧机压缩机内用于轧制工序的最后一个步骤或用于一台表面光轧机的单独机座中。

就一台冷轧压缩双向轧机来说，轧机工作轧辊在进行压缩工序的最后一个步骤以前被换成带网纹的工作轧辊，而对一台连续轧机来说，则只有最后一个机座包含带网纹的工作轧辊。

对工作轧辊形成这种粗糙度，一些形成网纹的工艺技术是已知的，并被概括在“德国杜塞尔道夫的钢与铁(Stahl und Eisen)杂志110卷(1990年)3月14日第3期内”。1°)喷砂形成网纹(SBT)

将用一种特定测粒术制成的铁粒(铁砂)喷射到一个工作轧辊的表面上，这些铁砂的动能足以使表面形成塑性变形。工作轧辊粗糙度是铁砂(棱角、质量、大小)工作轧辊的转动速度、轧辊材料的硬度、沿轧辊的孔型数目和轧辊转速的函数。

用喷砂形成网纹工艺可使工作轧辊上的粗糙度值(Ra)达到1.5微米与6.0微米之间。

粗糙度断面显示峰值和谷值的分布是不规则的，没有规则的图形可以分辨出。

虽然喷砂形成网纹工艺的生产率很高，但这种工艺却有下列主要缺陷：

工作轧辊的粗糙度难于复制，因此轧辊在形成网纹以后达到的Ra值，显示出有一个大宽度散射频带。

——很高的粗糙度值(Ra＞5微米)只有在采用较软的轧辊时才能达到(硬度低于肖氏硬度C的90)这种轧辊的使用期限较短。

——粗糙的尖棱易析断，因此工作轧辊在进行轧制作业期间的磨损通常是很大的。

——粗糙度参数相互间是不能单独选定的。因而粗糙度值(Ra)与板材上测得每厘米上的峰值数(PC)之间存在相关关系。

直到现在为止大多数用于冷轧压缩轧机上的轧辊带网纹均是用这种工艺技术来形成网纹的。2°)放电形成网纹(EDT)

一个阳极由一种电介质与一个铜电板(阴极)隔开，在其放电时可在轧辊表面上形成凹坑或凹陷。

实际上每个阳极是和若干个阴极同时作用的，而且由于这些阴极的放电相互间是单独进行的，由单一电极放电形成的凹坑形态就因其邻近电板多次放电重叠而被很快破坏。这使表面粗糙度基本上是没有规则的。这种没有规则性的情况，随着孔型数目的增加而更为明显。

轧辊度粗糙是电压频率(较高频率形成较高峰值计数)、施加在电极上的电压(正电压比负电压产生更粗糙的表面)和电子的电容级的函数。

和喷砂系统相比较，放电形成网纹工艺并不是明显地取决于工作轧辊的硬度。浅的粗糙网纹每厘米产生较多的峰值数，并且其重现性较好。

这种放电形成网纹系统也有一些重大的缺陷：

——为形成高的轧辊粗糙度，需要高的电流密度。这使轧辊材料的受热扩大，从而可使轧辊材料的结构发生改变。

——为形成浅的轧辊粗糙度，需要大量的电极连接件通道来破坏最初的凹坑。因而形成网纹的时间随着Ra值的增加而增加。

——形成带有尖切削刃的粗糙表面时可对板面进行微切削加工，由此可产生无用的磨损碎屑。

——粗糙度值(Ra)和每厘米的峰值数(PC)相互间是不能单独选定的。放电形成网纹的Ra与PC之间就如喷砂形成网纹那样存在一个指数关系，但放电形成网纹和喷砂形成网纹相比其PC值高出30至50％。

——轧辊表面会有原始波度。当轧辊与电极之间的空隙在波谷处在波度分布图上放大时，波谷处的放电不足，而波峰上的放电则是充足的。由于网纹取决于表面的原始高度，原始波度在轧辊上形成莫尔条纹(波纹)。

这种形成网纹工艺技术并不是经常用于冷轧压缩轧机的形成网纹轧辊上，因为在这种情况下轧辊有很大的磨损。3°)激光形成网纹(LT)

一束激光束射击轧辊表面以便熔化轧辊材料，此时借助一种辅助气体(O₂，CO₂或Ar)将材料吹出凹坑。最终的轧辊网纹与这些凹坑在工作轧辊圆周上沿一条螺旋形轨道的均匀分布相对应的。轴向坑距是由轧辊纵向运动速度来控制的。沿切向的坑距则是由轧辊速度和机械破碎装置的速度两者来决定的。坑深取决于激光功率。凹坑形状在发射时间增加时有愈来愈呈椭圆形的倾向，这是由于激光束在发射时没有偏转，因而使激光束光点在轧辊上是移动的。

这种激光工艺技术可以在同一方向上形成所谓的确定性粗糙度。但是该技术本身具有下列重大缺陷：

——由于使用激光束的机械破碎装置，使其形成网纹的能力受的严格限制，网纹上只能呈现有限的变化。

——凹坑边缘是由局部氧化材料组成的，而该边缘的脆性则使其在轧制时被破碎，从而引起轧辊粗糙度快速减少。

——网状仅在螺旋形轨道的方向上是确定性的，而目前则还不能获得一个完全确定性的图形(由于每个凹坑位置是由机械破碎装置所造成的)。

——边缘的凹凸不平是由于使用一种侧向气体，还由于对轧辊表面的预热和后热都是不可能的。

应该指出，激光工艺技术实际上并没有用于冷轧压缩轧机的形成网纹轧辊上，因为工作轧辊的磨损很大(边缘氧化)，还因为就一台冷轧压缩机来说特别会出现波纹问题。4°)电子束形成网纹(EBT)

将一种特定电子束工艺技术用于网纹轧辊，最初是由为雕刻轮转凹版印刷术的印刷滚筒，即由菜诺条行排铸机(LinotypeHell.)发展出来的(参阅下列专利文献WO-A-9205891，Wo-A-9205911，WO-A-9210327)。

该法在于将一个电子束轰击到一个表面轧辊上，在单次发射时，透镜将电子束聚焦以予热轧辊材料，然后用第一次发射轰击表面，以形成一个凹坑，并且后热环绕该凹坑的边缘。这一循环在同一个光点上可以进行两次或三次以形成较深的凹坑。在发射循环期间电子束被偏转以补偿轧辊表面的持续运动(移动和转动)。用这种方法使凹坑边缘形成完全的圆形。

电子束极为快速的电子脉冲控制各个凹坑的位置，以便形成一个两维的图形。图形的一些示例的文献为“1992年12月冶金学评论杂志(La Revue de Metallurgie)-(CIT)-由A.哈米里斯等人(A.Hamilius etal)所着的论文“滚筒的照相凹版印刷术“Gravute des Cylindres)”。

该透镜还可对电子束的直径和发射次数作精确的控制。这两个参数与表面轧辊上的凹坑直径和深度直接相关，通过将直径变换到凹坑间距上即可形成确定性(包含局部不规则的或近似不规则的)网纹。

这种工艺技术直到现在为止仅用于对“表皮光轧”或“表面光轧”装置的工作轧辊形成网纹，这些装置使用一台电子束形成网纹的试验设备。在上述文献“冶金学评论杂志-CIT”(LaRevue de metallurgie)中提及的两个主要优点是使经受表面光轧后制成的金属板材在上漆外表和其压延性能上都有改进。

本发明的主要目的是为制造具有较好性能的金属板材或带材提出一种改进的方法和一种改进的装置。

本发明涉及一种生产金属板材或带材的方法，此时经由冷轧压缩轧制，使用至少一对工作轧辊，其中至少一个轧辊为带网纹的工作轧辊，以便将带网纹的工作轧辊的表面图形转移到所述板材或带材的表面上，其特征在于，带网纹的工作轧辊所述图形是一些光点的一个两维确定性图形，其中每个光点具有一个凹坑的形状，其周围有一个边缘。所述光点最好是通过一个诸如电子束的高能射束形成的。

冷轧压缩轧机中带网纹的工作轧辊的粗糙度是包含在0.4与8.0微米之间，而最好则是在1.0与3.5微米之间，尽管用按照本发明所述方法形成的板材粗糙度是在0.3-2.5微米的范围由，而最好则是在0.5-2.0微米范围内。

更具体的是，边缘的宽对高之比至少是2，而最好则至少是3，同时凹坑直径对凹坑深度之比是大于4的。

两个紧接凹坑之间的间距是在50与550微米之间，而最好则是在130与320微米之间，其深度包含在5与50微米之间，而最好则在8与30微米之间。

该凹坑的内侧直径是包含在20与250微米之间，而最好则是在50与180微米之间，虽则边缘宽度是在4-100微米的范围内，而最好则是在10-75微米范围内，同时边缘高度是在2-50微米范围内，而最好则是在5-35微米范围内。

按照本发明方法的一个最佳实施例，金属板材或带材在经受上面所述冷轧压缩轧制工序以后，是用至少一对工作轧辊进行表面光轧的，其中至少有一个轧辊是一个带网纹的工作轧辊，以便将带网纹工作轧辊的表面图形转移到所述板材或带材的表面上，带网纹工作轧辊的所述图形在表面光轧机中是一些光点的一个两维确定性图形，其中每个光点具有一个凹坑的形状，其周围有一个边缘。所述光点最好都是通过一个诸如电子束的高能射束来形成的。

表面光轧机中带网纹工作轧辊的粗糙度是包含在0.4与8.0微米之间，而最好则是在1.6与6.0微米之间，尽管板材粗糙度是用本发明这个最后实施例形成的，其值在0.5-6.0微米的范围内，而最好则在0.8-4.0微米的范围内。

最好是，要使冷轧压缩机中在一边已被形成网纹的金属板材或带材通过表面光轧机中一个带网纹的工作轧辊在同一边形成网纹。

如果金属板材或带材在冷轧压缩与表面光轧阶段之间的程序进行是不可颠倒的，这就意味着表面光轧机中这对工作轧辊的上和/或下工作轧辊应相当于冷轧压缩轧机中这对工作轧辊的带网纹的上和/或下工作轧辊。

按照本发明方法的另一个最佳实施例，冷轧压缩轧机中和/或表面光轧机中这对工作轧辊的两个轧辊都有表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一个两维确定性图形。

最好是，使冷轧压缩或表面光轧机带网纹轧辊是通过真空下的一个电子束用上述电子束形成网纹法来刻成的。借助于这种工艺技术，在很小的平方微米范围内，一个电子束可使轧辊表面达到熔化温度，并且在等离子体压力下将熔化的金属喷出于是在凹坑周围形成一个可控制的限定边缘，该边缘被结合在基体金属内。边缘的形状和大小是由电子束照射放热的预热和后热期间来控制的。

工作轧辊的网纹是在冷轧压缩轧机中或在表面光轧机中进行轧制过程时被复制在金属板材或带材上的。

最好是，使图形结构形成诸如正同轴六方形的单位晶格。

本发明还涉及生产金属板材或带材的一种装置，该装置包含至少一台冷轧压缩轧机，该轧机具有至少一对工作轧辊，其特征在于，这对工作轧辊中至少有一个轧辊具有表面图形的一种网纹。该图形是一些光点的一个两维确定性图形，其中每个光点具有一个凹坑的形状，其上围绕一个边缘。

按照一个最佳实施例，其冷轧压缩轧机是一台双向轧机，该轧机包含的工作轧辊只有一个机座，来完成一道压缩工序的若干步骤。在这种情况下，工作轧辊在进行轧制工序的最后一个步骤以前要换成带网纹的工作轧辊，该轧辊具有表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一个两维确定性图形。

按照本发明的另一最佳实施例，其冷轧压缩轧机是一台连续轧机，该轧机包含若干个机座，此时只有最后一个机座包含至少一个带网纹的工作轧辊，该轧辊具有表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一个两维确定性图形。其压缩工序是在一个顺序中完成的。

按照本发明的另一最佳实施例，其装置还包含一台表面光轧机，该轧机具有至少一对式作轧辊，其中该表面光轧机中的这对工作轧辊中至少有一个轧辊具有表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一个两维确定性图形，此时每个光点具有一个凹坑的形状，其上围绕一个边缘。

按照本发明装置的另一最佳实施例，在冷轧压缩轧机和/或在表面光轧机中的这对工作轧辊的两个工作轧辊都有表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一个两维确定性图形。

本发明还涉及一种金属板材或带材，其上具有表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一个两维确定性图形，每个光点具有一个凹痕的形状，凹痕周围有一种突起或峰部，而且在实际上此时长的波长(波度)在能谱上是没有的。

这意味着对于在40毫米范围测定的一个能谱来说，在大于800微米波长时的总释能密度小于0.2微米²，而最好则是小于0.1微米²。

最好是，金属板材或带材显示出延伸率(按50毫米计)小于10％(欧洲标准EN10002-1)。

当金属板材或带材是钢的情况下，该板材或带材的硬度为高于80(洛氏硬度)。

如上所述，金属板材或带材的粗糙度是包含在0.3与2.5微米之间，而最好则是在0.5与2.0微米之间。

更具体地说，该板材或带材上凹痕的宽深比至少为2，而最好则是至少为3，同时突起的直径与高度比大于3，而最好则是大于4。

两个紧接的突起或峰都之间的间距是包含在50微米与550微米之间，而最好则是在130与320微米之间，其突起高度是在0微米与30微米之间。

凹痕的内径是包含在20微米5250微米之间，而最好则是在50微米与180微米之间，尽管该凹痕的宽度是在4-100微米的范围内，而最好则是在10-75微米范围内，同时凹痕的深度是在0-50微米范围内，而最好则是在5-30微米范围内。

按照第一个实施例，金属板材或带材的表面网纹显示呈现在带网纹轧辊上的边缘压痕(凹痕)。在这种情况下，出现的突起或峰部说明此时该板材或带材已有材料被挤压到带网纹轧辊的凹坑内，这些突起或峰部是否能形成取决于厚度压缩的情况，即突起高度不等于0时能形成，而突起高度接近0时则不能形成。

按照另一个实施例，金属板材或带材的表面网纹只显示出有一些突起成峰部，并没有任何边缘压痕(凹痕)呈现在带网纹轧辊上。在这种情况下，凹痕的深度接近0微米，并且具有一个很大的宽度。

最好是，使图形结构形成诸如一个正同轴六方形的单位晶格。

上述诸特征均涉及一种作为半成晶的金属板材或带材，而且这种半成品还没有经受一次退火过程和其后的一道表面光轧工序。

本发明还涉及一种在冷轧压缩轧机中经过轧制的成品，该轧机具有用电子束形成网纹工艺制成的轧辊，成品还经受过一次退火过程，还可能经受过其后的一道表面光轧工序。

如果上面所述的金属板材或带材已经受过一次退火过程，而没有经受任何表面光轧工序，此时其表面上就没有任何内应力。

这个最后的特性可用下列一种技术来检验：X射线衍射法(X-lay diffractometry)、超声测定法、表面层浸蚀时测量微量变形、显微硬度测定法。

要是表面光轧是用一个喷砂形成网纹工艺或放电形成网纹工艺制成的带网纹轧辊来完成的，则一种随机粗糙度就将一些光点的两维确定性图形局部覆盖在该金属板材或带材上。

要是其表面光轧工序是用一种激光形成网纹的轧辊来完成的，一种单维确定性粗糙度就将一些光点的两维确定性图形局部覆盖在该金属板材上。

要是其表面光轧工序是用一种用电子束形成网纹的带网纹轧辊来完成的，则该金属板材或带材就有两群网纹表面图形的一种最终网纹，该图形是一些光点的一个两维确定性图形。

这种金属板材或带材可用钢、不锈钢、铝或铝合金来制成。

这种金属板材或带材也可用诸如上漆、电镀、镀铝等方法形成的金属层或有机层来覆盖。

下面对附图作简要说明，其中

图1表示一个钢板材生产流程图。

图2表示一个金属板材在粗糙度和波度方面的表面轮廓的一个示意性分解图。

图3和4表示对于随机形成网纹(喷砂形成网纹)法的粗糙度与波度之间的关系。图3为低粗糙度的情况，而图4则是高粗糙度的情况。

图5表示一个轧辊用放电形成网纹时粗糙度和波度的演变情况。

图6和7表示进行冷轧压缩轧制时波度的转换(图6)和在表面光轧机中附加粗糙度的转换(图7)。

图8和9表示用喷砂形成网纹轧辊进行冷轧压缩轧制后的板材表面，随后是用电子束形成网纹轧辊进行表面光轧的板材表面。

图10表示一个金属板材波变和上漆后的图象清晰度之间的关系。

图11表示当表面轧法是激光形成网纹或是喷砂形成网纹时板材对上漆图象清晰度的影响。

图12表示电子束形成网纹装置的一个示意图。该机是用来使冷轧轧辊形成网纹，而轧辊则是在本发明方法和装置中所使用的。

图13是图12所示装置的电子束枪的一个示意图。

图14、15和16表示对电子束形成网纹的确定性网纹(两维凹坑图形)三个实例的示意图。

图17表示对由电子束形成网纹产生一个圆形凹坑一个实例的示意图。

图18和19分别表示金属板材的一个视图，前者是经受连续轧制后制成的，而后者则是经受表面光轧后制成的。

图20和21分别表示按照本发明在一台连续轧机中的一个带网纹工作轧辊和一个连续轧机轧成带材的三维测绘图。

图22是一个图表显示进行单一轧制工艺过程时电子束形成网纹的带网纹轧辊在连续轧机中Ra的演变情况。

图23表示将细铁粉粘连到一个电子束形成网纹的带网纹轧辊上情况。

图24表示在拉延电镀物质时镀层的重量损失(WL)。

图25表示冷轧压缩形成网纹过程(喷砂形成网纹和电子束形成网纹)对镀层厚度(CT)变化的影响。

图26和27分别表示一个金属板材或带材被依次经受连续轧制和表面光轧后形成的最终网纹，图上显示一个可控制的深浅圆谷的混合体，其中图26显示粗的粗糙度，而图27则显示细的粗糙度。

图28和29分别表示一个经受过表面光轧的带材的两个三维网纹测绘图，其中图28为一个确定性电子束形成网纹的细网纹，而图29则为一个确定性电子束形成网纹的粗网纹。

图30和31表示对依次经受连续轧制和表面光轧一种板材或带材的波长谱，其中图30和图31分别为采用喷砂和电子束形成的网纹。

图32表示一个板材的上漆外观，这个板材在冷轧压缩(电子束形成网纹，激光形成网纹)时使用随机粗糙度，还有是用电子束形成网纹的。

要由本发明解决的一些问题如下所述。

在一台冷轧压缩轧机中进行一道轧制工序的最后一个步骤作用工作轧辊的粗糙度可造成三个主要结果：

1°)避免卷材螺旋在进行分批退火时发生冷焊合(粘附)，进行分批退火时卷材的外螺旋受热快于内螺旋。温度梯度使螺旋间产生热压力。该压力增大到可使这些螺旋焊在一起。这种焊接被称为“粘附”。进行表面光轧以前展开卷材时，使粘结裂开但则在板材表面上留下一个痕迹。这个缺陷被称为“粘结痕迹”。表面粗糙度减少了使板材进行分批退火时粘接形成的倾向。

2°)确定一个镀层在一个钢基底上的附着情况(热深电镀和镀层扩散处理)。在一条热浸电镀作业线上，首先将十分硬的材料(经受连续轧制后制成的钢板材)放在一条连续退火作业线上退火，然后将其浸在一个470℃的镀锌槽内。板材的粗糙度对锌的粘附是重要的。所需最低粗糙度值是在0.8微米与1.2微米之间，这取决于对镀锌层厚度的技术要求。

3°)经受表面光轧后形成的粗糙度是最终的，该粗糙度是压缩轧制粗糙度与其后表面光轧粗糙度两者的一种混合粗糙度。对于某些应用来说，例如浴缸，金属板材要有极高的粗糙度(Ra＞3.5微米)。这样高的粗糙度仅靠表面光轧是不能形成的，因此在冷轧压缩轧制后还需有一个大的表面粗糙度。

此外，就钢或不锈钢来说，高硬度的重属板材或带材，是经由一道轧制工序在一台冷轧压缩轧机中制成的，其厚度在进行轧制工序的最后一个步骤压缩5至10％，由此引起一些就表面光轧机来说所不知的特殊问题。

对形成工作轧辊的网纹采用诸如喷砂形成网纹或放电形成网纹的随机形成网纹法，可以发现呈现长波长的波纹，即所谓“波度”(参阅图2)。

进行所述形成网纹法时形成的波度是由于：

——轧辊硬度上的不规则变化，就一种喷砂形成网纹的工艺技术来说，喷砂粒子的能量有变化；

——浸蚀电火花在电能上的变化，就一种放电形成网纹工艺技术来说轧辊材料的导电率有变化。

对于同一粗糙度值，喷砂形成网纹或放电形成网纹的带网纹轧辊在波度上区别不大。用不同的研磨工艺规程进行一些试验表明，经受冷轧后的带材在放电形成网纹之前用是不能降低磨光轧辊的粗糙度来减小的。

喷砂形成网纹过程的计算机模拟表明，任何增加轧辊粗糙度的做法都将使波度增大(参阅图3和4)。

放电形成网纹轧辊的粗糙度(Ra)与波度(Wa)值之间有一个相同关系。图5表示放电形成网纹轧辊的Ra和Wa值随形成网纹时间或形成网纹程度的变化。当形成网纹的程度增大时，Ra和Wa两者都增大。

这些结果表明波度是在形成网纹时使轧辊变得更粗糙时所直接造成的。喷砂形成网纹和放电形成网纹法的固有易变性是造成最终所得到网纹不规则性质的原因，而且也是在轧辊表面上造成有大范围不一致波长的原因。

轧辊表面的波度转换成板材的粗糙度在冷轧压缩工序时比在表面光轧时易于进行。板材与轧辊之间的压力较高(由于板材较硬和厚度压缩较大所致)和接触较久(由于厚度压缩较大所致)使轧辊上即使是长波长的波纹也被压印在板材的表面上。

但是，为防止经受分批退火以后有粘结痕迹，冷轧压缩轧机粗糙度的Ra值必须是高的。因此，就得使用具有高Ra值(5至6微米)和不适当高Wa值的喷砂或放电形成网纹的轧辊。这样经受冷轧以后就产生一个高波度。当厚度在表面光轧机中压缩不大时(0.5至1.0％)，就不能消除冷轧压缩波度，而且仍呈现在最终粗糙度上(参阅图6和7)。

即使在表面光轧时使用电子束形成网纹或激光形成网纹的带网纹轧辊，成品表面仍包含冷轧压缩轧辊的波度(参阅图8和9)。

上述波度对上漆件的外观是不利的，就如图10和11中所示那样。

本发明的另一个问题是冷轧压缩轧机中使用的并且是由通用方法制成的带网纹轧辊有严重的磨损。这种磨损是由冷轧压缩轧制时的高剪切力形成的，这样导致板材或带材厚度压缩度大和就钢板材来说材料硬度高的结果。这肯定是放电形成网纹的轧辊情况，因为其边棱是细而尖的。

本发明的另一问题是要减少细铁粉的粘连。特别是在制成低粗糙度喷砂形成网纹和放电形成网纹的轧辊时，存在于冷轧压缩机乳浊液中的细铁粉当轧辊粗糙面有尖峰时将会粘连到工作轧辊上，然后使工作轧辊和备用轧辊损坏，于是轧制过程必须终止。

为止，现在的倾向是试图使粗糙度达到低而前后连续，同时不致于冒分批退火和镀层粘附的危险。采用传统的粗糙化技术时，由于实用粗糙度具有不规则的性质(波度)，使这方面的成就是有限的。

图12示出一种电子束形成网纹装置，该装置旨在将特殊网纹形成在要使用的冷轧轧辊上，此时是按本发明所述的方法和装置来进行的。

一般说来，可以将电子束形成网纹装置和一台高能电视装置相比较，此时其屏幕是被要形成网纹的轧辊表面代替。因此，其主要优点为：

——灵活性

——再现性

——可预示性

——产量高

——可靠性高

——全自动

该电子束形成网纹装置主要由下列部分组成：

——形成网纹室(1)；

——电子枪(8)；

——真空泵(13)；

——闭合电路热交换器(未示出)

——电气控制箱(未示出)。

形成网纹室1包含一个铸钢底板和铝罩，形成一个气密组件。该罩在顶部有一个活动盖，以便使轧辊2可以加载和卸载。形成网纹时室1内的真空保持10^-1毫巴不变。该轧辊是借助于一台连续可变速度(每分钟转数在0与1000之间)传动马达6的装置(3、4、5)来转动的，而一个移动机构7则控制该轧辊在电子枪固定部位前面的直线运动。从选定一种网纹并将轧辊2放入形成网纹室1时起始，装置配置和形成网纹过程都是自动完成的。该电子束形成网纹装置是借助于五台微处理机来控制的，这些微处理机相互间是连网的，并且经由一个LAN(地方区域网络)系统连接到中央控制，该装置是用纤维光导来控制的，以避免多余的噪音。

该电子束形成网纹装置的最重要部分就是这个电子枪8，该枪是刚性地固定在形成网纹室1的后部。如图2中所示，该电子枪是由三个部分组成的：

—带阴极9的加速器装置10

—变焦距透镜装置11

—聚焦装置11

电子枪可以看作是一个典型的三极管，虽然装有快速脉冲发生和变焦距透镜光学装置，这些就使其成为独特的装置。凹坑和边缘形成过程示意性地出示在图13上。该枪在10^-3至10^-4毫巴的真空度下工作，而且使用200千伏的加速电压，此时的最大电流为75毫安。一个直接加热阴极产生电子。该枪的脉冲频率是不断变化的，其最大值为200千赫。形成单一凹坑的压射周期如下所示，压射可按单射或双射来进行。

每个凹坑总压射周期(第一射和可能的第二射)是在2至15微秒范围内。

将电子束偏转以便在一个凹坑形成时跟踪轧辊的平动和转动。用这种方法使整个轧辊表面形成网纹，其上凹坑则完全呈圆形。移动速度在0.03至0.36米/分之间不断变化。移动速度由该轧辊的移动和转动速度来控制，并由一些译码器监控，这些译码器依次对电子束冲击的定时进行控制。

轧辊网纹是由凹坑的一种两维确定性图形形成的，由一种高能射束(即一种电子束)生成，每个凹坑为一个凹坑边缘所围绕。

该两维图形具有一个恒定结构，而且是由三个参数限定的：即dL、dA、和n。

——dL为两个凹坑之间按轧辊圆周方向测定的间距

——dA为两个圆周之间沿轴向的间距

——n为轧辊上的圈数，以前凹坑在轧辊上具有相同的圆周位置，n可以是一个整数或是一个实数(那不等于两个整数的分数)。

单位晶格的一些实例示于图14、15和16中。

图14的图形具有一个矩形单位晶格：这些凹坑在每一圈螺旋线上具有相同的部位。

图15的图形具有一个六角形单位晶格：在两圈螺旋线的后面凹坑沿轴向位于相同的部位上。

在图16的图形中，在三圈螺旋线的后面凹坑具有相同的圆周部位。

dL和dA的间距可以在一个宽广的范围内选定：在80与550微米之间。n是一个大于或等于1的整数(对最大值没有限制)。对每个素数或一个实数来说，呈现的图形是不同的。当n是一个分数或一个大于轧辊圈数的整数(一般约为20000)时，沿轴向的图形几乎没有周期性。这个方法可沿轴向形成一个近似不规则排列次序的凹坑。

凹坑的形状是射束直径d、压射时间ts和压射时该射束偏转量的函数。当射束在压射时跟踪轧辊表面时，则可形成一些完全圆形的凹坑，此时一个凹坑深度K正比于压射时间ts(参阅图17)。

当没有偏转或是有一个负的偏转(偏转是在轧辊表面的相反方向)时，则形成的凹坑或多或少是呈椭圆形的。

凹坑边缘的形状由预热和后热、射束半径上的能量分配、凹坑直径与凹坑图形之间的位置和关系来决定。当凹坑直径与两个凹坑之间的间距相比较小，而且是在长久后热的情况下，则所形成的一个圆环形边缘具有光滑的边棱。

通过增加预热和减少后热可以形成愈来愈无规则的边缘。

要是凹坑直径大致相当于两个凹坑之间间距的80％，则可呈现一种间断的由若干堆轧辊材料组成的边缘。这些料堆的形状和每个凹坑的料堆数是参数dL、dA、和n的函数。

对比表面光轧机在冷轧压缩机中将粗糙度从带网纹的工作轧辊转移到板材上是完全不同的。在表面光轧机中，板材粗糙度是由边缘在板材上的压印形成的(参阅图18)。

在冷轧压缩轧机中，板材的表面不仅包含边缘的压印，而且也包含峰部或突起，该处材料已被挤压到凹坑深度中，这是由于高剪切力所造成的。因此，凹坑深度直接影响到经受冷轧压缩步骤后的粗糙度(参阅图19)。

用确定性电子束形成网纹粗糙度在经受冷轧压缩轧制后，或是用电子束形成网纹粗糙度在经受表面光轧后的板材粗糙度图例说明示于图20和21上。

但是，由于材料经过挤压在轧辊的相应凹坑内造成的高的突起或高峰是否会出现，将取决于板材或带材的厚度压缩情况。

现在针对带网纹工作轧辊在冷轧压缩轧制时的磨损所采取的技术措施进行说明。

轧辊在冷轧压缩轧制时的磨损是由轧辊上边缘的形状或间断峰部来起强烈作用的。轧辊上边缘料堆的宽高比应至少为3，否则由于剪切力在料堆中产生的应力过大，将导致峰部折断。

对于一个圆锥形边缘来说(其尖端是倒圆的)，可以由下列压射参数来形成这种状态：

——射束焦点位于轧辊表面的下面

——凹坑直径对凹坑深度之比大于4。

图22表示Ra在进行冷轧压缩轧制期的演变情况，此时具有这种边缘形状。

Ra在轧制期的第一部段有小的下降。20千米后该轧辊粗糙度是稳定的，而且在实际上并没有磨损。

通过改变边缘形状可使磨损进一步减少。此时通过使用位于轧辊表面上方的射束的一个焦点来达到，代替位于轧辊表面下方的情况。边缘形状从带有倒圆尖端的锥形变化到不规则的四边形，该四边形边缘的宽高比应至少为2，使其磨损减至最小。  解决压缩轧制时粘附细铁粉问题的技术措施如下所述。

当边缘各侧过于陡峭时细铁粘会粘附到电子束形成网纹的轧辊上，此时细铁粉被压合在该边缘上，而且还由于经受轧制工序以后的弹性回弹，使细铁粉粘附到轧辊表面上(图23)。

当边缘各侧不大陡峭时，在轧辊弹性回弹后细铁粉与轧辊之间的摩擦力是很小的，因此细铁粉就不会粘附到轧辊上。

对于圆锥形边缘来说，宽高比应至少为3，以防止粘附细铁粉。可以由下列射束参数来形成这种状态：

——射束焦点位于轧辊表面下方

——凹坑直径对凹坑深度之比大于4。

解决分批退火时粘结痕迹问题的技术措施如下所述。

分批退火时各圈之间的压力被分配到前后连续电子束形成网纹粗糙度的许多细小峰部上。一个峰部上的接触压力是大的，而且很有可能在峰顶处形成焊接。

峰顶处的焊接直径是小的(即＜40微米)，因此仅需要很小的力来破碎焊接，这种情况发生在材料冷却使其热应力消失之时。料圈的弹性松驰可使这些焊接破碎，还使展开卷料时不致形成粘结痕迹。

只要电子束形成网纹冷轧压缩粗糙度出现一些峰部，上述作用进程甚至对于很低的Ra值仍然适用。对于具有0.5微米前后连续粗糙度的板材来说是看不到粘结痕迹的。一旦板材上的Ra减少到0.5微米，那么在实际上就再也没有峰部了，并且不会形成粘结痕迹。

针对镀层经扩散处理镀层钢的粘附而采取的技术措施如下所述。

一个经扩散处理的镀层是在铁和锌起反应时形成的，其中退火处理是在板材热浸在锌液中以后进行的。在这种反应中表面积起到很大的作用：

1、粗糙度愈大，铁和锌之间的比接触面积就愈大，该反应的反应能力增大。众所周知，一个很快的反应可使铁锌复合物从锌液中发生所谓的突然喷出。这种镀层是不均匀的，使镀层在进行深拉时重量损失很大。

2、波度愈大，锌液层在退火以前的厚度差别就愈大。该波度可形成很大的差别：对于一个总平均厚度为10微米的情况来说，平均锌的厚度局部地在5与15微米之间改变。为什么铁锌反应将在锌液最稀之处开始，有两个如下所述的原因：

1，锌液中的铝反应以前在铁与锌液之间形成一个夹层。这个夹层对铁锌反应是一个抑止剂，而且有助于控制反应。实际情况表明，铝是最先被沉积在锌液厚度大的谷部内的。

2，当锌的厚度较大时，在铁锌分界面的温度达到开始反应所需值以前将花费更多的时间。

由于板材的波度造成的反应动力学上的差异还形成一个不均匀的聚集情况，在深拉加工时就有重量损失。

通过使用一种确定性冷轧压缩粗糙度，使铁锌复合可以有均匀的聚集。这样就使镀层在深拉时的重量损失减少至相当于用传统喷砂粗糙度达到值的30％(参阅图24)。

电子束形成网纹冷轧压缩粗糙度的积极作用来自：

1.对同一个Ra值来说比接触面积较小；

2.没有波度，因而在反应能力上没有局部差别；

3.钢板材上环形凹坑之间有大量不受影响的平板面。因此，轧辊上内凹坑直径对凹坑间距之比应小于0.5。

电子束形成网纹冷轧压缩粗糙度还使镀层厚度上的变化减小。在图25中示有带喷砂粗糙度的材料对比于带电子束形成网纹的材料在平均厚度和厚度变化方面的情况。对于镀层总重相同的情况来说，较为规则的电子束形成的网纹使该变化减少至喷砂值的三分之一。

解决将冷轧压缩轧机的电子束形成网纹与表面光轧的电子束形成网纹相结合问题而采取的技术措施如下所述。

电子束形成网纹冷轧压缩粗糙度可结合到表面光轧机处一个带电子束形成网纹的轧辊上。

进行表面光轧时，具有相同高度(5至15微米)峰部的均匀图形就不见了。但是，冷轧压缩粗糙度的这些或多或少呈环形的压印谷部或压痕仍留在表面光轧后的网纹上。如上所述，进行表面光轧过程时仅形成轧辊边缘的压印，由于表面光轧时接触压力小也就不会产生峰部。

不难做到使表面光轧机一些谷部加深。进行表面光轧时的低剪切力使其可用具有高边缘的轧辊，这样进行轧制时就没有折断的危险。最后得到的网纹由环形浅谷和深谷一个可控制混合物所组成，就如图26和27中所示那样。

由这一现象得出三个独特而且意想不到的优点：

1、最后混合的板材网纹完全是可预示的和可再现的。这就是第一板材网纹，只有完全确定性轧辊才被采用。

2、冷轧压缩轧机粗糙度影响最终板材粗糙度是有限的：由于峰部都消除而只有边缘的浅压印还保留，冷轧压缩轧机影响最终粗糙度只限于0.2微米Ra。这种影响不大的情况便于形成不大的最终粗糙度值，其变化是不大的。

3、混合两群谷部(一群冷轧压缩轧机和一群表面光轧机)对深压延性能特别有利。需要时将润滑油逐渐放出。这些浅谷出油快(例如在小压延比时)，而较深的谷部则能留油很久，这对高拉伸比的情况是有利的。

4、最终的网纹中没有波度，即使是在高值Ra为2.5微米时，在三维网纹测绘图中示出上述情况，其中，一个高值表面光轧机粗糙度图形示于图18中，而一个低值表面光轧机粗糙度图形则示于图19中。图30和31对比该新的板材网纹与一种网纹的能谱，这种网纹是指冷轧压缩轧机或表面光轧机所用轧辊随机带有的网纹。长的波长(＞0.6毫米)在使用随机轧辊时通常显示强烈，而对新的板材网纹来说则是没有的。

没有长的波长，导致上漆外观有一个显著的提高(参阅图32)，而且，更重要的是，这种提高和板材的Ra值没有关系。用本发明板材，其Ra直至2.5微米时仍有利于压延性能，还可形成极佳的的上漆外观。

Claims (30)

1、一种通过金属板材或带材的冷轧压缩来制造金属板材或带材的方法，使用至少一对工作轧辊，其中至少一个工作轧辊是一个带网纹的工作轧辊，以便将带网纹的工作轧辊的表面图形转移到所述板材或带材的表面上，并且其中带网纹工作轧辊的所述的图形是一些光点的一种两维确定性图形，其中每个光点具有一个凹坑的形状，其上围绕一个可控制的边缘，其特征在于所说光点的边缘宽高比至少为2，相邻两个凹坑之间的间距是在50与550微米之间，凹坑的内径是在20与250微米之间，并且该冷轧压缩机中带网纹的工作轧辊的粗糙度是在0.4-8.0微米范围内。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所说的这些光点是通过一种例如电子束的高能射束形成的。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所说的冷轧压缩轧机中带网纹的工作轧辊的粗糙度是在1.0-3.5微米范围内。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，该边缘的宽高比至少为3。

5、按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所说的凹坑的直径对凹坑深度之比大于4。

6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的两个凹坑之间的距离是在130与320微米之间，其深度是在8与30微米之间。

7、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的凹坑的内径是在50与180微米之间，尽管边缘宽度是在4-100微米范围内，并且最好是在10-75微米范围内，同时边缘高度是在2-50微米范围内，并且最好是在5-35微米范围内。

8、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的金属板材或带材在经受冷轧压缩轧制后用至少一对工作轧辊进行表面光轧，其中至少一个工作轧辊是一个带网纹的工作轧辊，以便将表面光轧机的带网纹工作轧辊上的表面图形转移到所述板材或带材的表面上，表面光轧机的工作轧辊上所述图形是一些光点的一种二维确定性图形，其中每个光点具有一个凹坑的形状，其上围绕一个边缘。

9、按照权利要求8所述的方法，其特征在于，表面光轧机中的带网纹工作轧辊的粗糙度是在0.4-8.0微米范围内，而最好是在1.6-6.0微米范围内。

10、按照权利要求9所述的方法，其特征在于，使所说的冷轧压缩轧机和/或表面光轧机中一对工作轧辊中的两个轧辊均形成一种图形的网纹，该图形是一些光点的一种二维确定性图形。

11、按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所说的冷轧压缩轧机和/或表面光轧机中的带网纹工作轧辊的图形结构形成一些光点的单位晶格，呈正同轴六方形的。

12、一种用以制造金属板材或带材的装置，该装置包含至少一台冷轧压缩轧机，该冷轧压缩机具有至少一对工作轧辊，其特征在于，冷轧压缩轧机中的这对工作轧辊中的至少一个轧辊具有表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一种二维确定性图形，其中每个光点具有一个凹坑的形状，其上围绕一个边缘，所说光点的边缘宽高比至少为2，相邻两个凹坑之间的间距是在50与550微米之间，凹坑的内径是在20与250微米之间，并且该冷轧压缩机中带网纹的工作轧辊的粗糙度是在0.4-8.0微米范围内。

13、按照权利要求12所述的装置，其特征在于，所说的冷轧压缩轧机是一台双向轧机，包含工作轧辊的仅一个机座，可完成轧制工序的若干步骤，其中在进行压缩工序的最后一个步骤以前更换工作轧辊，其中至少一个工作轧辊具有一种表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一种二维确定性图形。

14、按照权利要求12所述的装置，其特征在于，所说的冷轧压缩轧机是一台连续轧机，该机包含若干个机座，而且其中只有最后一个机座包含至少一个带网纹的工作轧辊，该工作轧辊具有一种表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一种二维确定性图形，压缩工序是在一个顺序中完成的。

15、按照权利要求12所述的装置，其特征在于，该装置还包含一台表面光轧机，其具有至少一对工作轧辊，其中该表面光轧机的这对工作轧辊中的至少一个轧辊具有表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一种规则的二维确定性图形，每个光点具有一个凹坑的形状，其上围绕一个边缘。

16、按照权利要求15所述的装置，其特征在于，所说的冷轧压缩机和/或表面光轧辊机中的一对工作轧辊两者均被形成具有一种表面图形的网纹，该图形是一些光点的一种二维确定性图形。

17.一种金属板材或带材，其特征在于，它具有表面图形的一种网纹，该图形是一些光点的一种规则的二维确定性图形，每个光点具有一个凹痕的形状，其上围绕一个突起或峰部，而且其中在一个截面上能谱的测量值在波长大于800μm时具有一个小于0.2μm²的能量密度。

18.按照权利要求17所述的金属板材或带材，其特征在于，其延伸率小于10％。

19.按照权利要求17所述的金属板材或带材，其特征在于，其硬度至少为洛化硬度B80。

20.按照权利要求17所述的金属板材或带材，其特征在于，所说的金属板材或带材的粗糙度是在0.3与2.5微米之间，而最好是在0.5与2.0微米之间。

21.按照权利要求17的金属板材或带材，其特征在于，所说的凹痕的宽对高之比至少为2，而最好是至少为3。

22.按照权利要求21所述的金属板材或带材，其特征在于，所说的突起直径对突起高度之比是大于3，而最好则是大于4。

23.按照权利要求17所述的金属板材或带材，其特征在于，相邻的两个突起或峰部之间的间距是在50与550微米之间，而最好是在130与320微米之间，该突起的高度在0微米与30微米之间。

24、按照权利要求17所述的金属板材或带材，其特征在于，所说的凹痕的内径是在20微米与250微米之间，而最好则在50微米与180微米之间，尽管该凹痕的宽度是在4-100微米的范围内，而最好则在10-75微米范围内，同时该凹痕的深度是在0-50微米范围内，而最好则在5-30微米范围内。

25、按照权利要求17金属板材或带材，其特征在于所说的板材或带板的表面没有内应力。

26、按照权利要求17金属板材或带材，其特征在于，一种随机性的粗糙面部分覆盖一些光点的二维确定性图形。

27、按照权利要求17所述的金属板材或带材，其特征在于，一种单一确定性粗糙面部分覆盖一些光点的两维确定性图形。

28、按照权利要求17所述的金属板材或带材，其特征在于，它具有一种两群网纹的最终混合网纹，这两群网纹分别具有一种表面图形，而该图形是一些光点的一种二维确定性图形

29、按照权利要求1-11中任意一项所述的方法或按照权利要求12-16中任意一项所述的装置在形成由钢、不锈钢、铝或铝合金所制成的带网纹的板材或带材中的应用。

30、按照权利要求1-11中任意一项所述的方法或按照权利要求12-16中任意一项所述的装置在形成将用一个金属层或有机层来覆盖的带网纹的板材或带材中的应用。

Images