DE69423784T2

DE69423784T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kaltgewalzten metallblechen oder -bändern, und daraus gewonnene metallbleche oder -bänder

Info

Publication number: DE69423784T2
Application number: DE69423784T
Authority: DE
Inventors: Carl De Mare; Damien De Soete; Yves Gadeyne
Original assignee: Sidmar SA
Current assignee: Sidmar SA
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2014-09-17
Also published as: FI961170L; EP0739253A1; AU4936993A; AU7527994A; FI114973B; CN1056789C; ES2145834T3; JPH09502661A; WO1995007774A1; ZA947212B; JP3708118B2; CN1130883A; DE69423784D1; EP0739253B1; CA2169632A1; AU690919B2; FI961170A0; BR9407690A; ATE191162T1

Description

Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von kaltgewalzten Metalltafeln oder Metallstreifen durch einen Kaltreduzierungsvorgang in einem Walzwerk.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Metalltafeln oder Metallstreifen, die in Kaltreduzierungs- Walzwerken vorzugsweise durch Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorlegenden Erfindung erhalten werden.

Stand der Technik

Der Kaltwalzprozeß besteht im wesentlichen darin, daß der vom dem Warmwalzwerk kommende Streifen nach einem Kaltreduzierungs-Walzwerk weggezogen wird.
Das Kaltreduzierungs-Walzwerk hat den Zweck, die Gesamtdicke der Metalltafel oder des Metallstreifens auf eine Dicke zu reduzieren, die gewöhnlich zwischen 50 und 90% liegt. Dieser Vorgang wird in mehreren Schritten, und mindestens in drei Schritten ausgeführt. Eine solche Kaltreduzierung kann in einem Gerüst ausgeführt werden, bei dem ein umkehrbares Walzwerk verwendet wird, oder in mehreren Gerüsten ausgeführt werden, bei denen ein Reduzierungswalzwerk verwendet wird, das "Tandemwalzwerk" genannt wird, und bei dem die verschiedenen Reduzierungsschritte in einer Sequenz ausgeführt werden.
Die kaltgewalzte Tafel oder der kaltgewalzte Streifen wird dann in einem Ofen erhitzt, wobei dieser Prozeß als Glühprozeß bekannt ist. Danach läuft die geglühte Tafel oder der geglühte Streifen durch ein zweites Kaltwalzwerk, das "Kaltnachwalzwerk" oder "Dressierwalzwerk" genannt wird, wo eine kleine Kaltverformung gemacht wird, um die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächenqualitäten der Metalltafel oder des Metallstreifens zu verbessern.
Bei einem Kaltreduzierungsvorgang ist der auf die Walzen aufgebrachte Druck höher als 10 kN/mm, und die Spannung zwischen zwei Reduzierungsschritten beträgt ungefähr 200 Pa, während bei einem Dressierwalzvorgang der normale Druck kleiner als 5 kN/mm ist, und die Spannung zwischen zwei Reduzierungsschritten ungefähr 25 MPa beträgt.
Die physikalischen Eigenschaften der Metalltafel nach einem Walzvorgang in einem Reduzierungswalzwerk sind völlig verschieden von denjenigen des Materials nach einem Kaltnachwalz- oder Dressier-Walzvorgang.
Die hauptsächlichen Eigenschaften der Metalltafeln oder Metallstreifen sind nachstehend zusammengefaßt:
Bei Kaltwalzvorrichtungen ist es allgemein üblich, eine gewisse Rauhigkeit auf die Arbeitswalzen aufzubringen, vorzugsweise für den letzten Schritt des Walzvorgangs bei einem Kaltreduzierungs-Walzwerk, oder bei dem einzigen Gerüst eines Dressierwalzwerks.
In dem Fall eines umkehrbaren Kaltreduzierungs-Walzwerks werden die Walzwerks-Arbeitswalzen vor dem letzten Schritt des Reduzierungsvorgangs gegen texturierte Arbeitswalzen ausgetauscht, und in dem Fall eines Tandemwalzwerks weist nur das letzte Gerüst texturierte Arbeitswalzen auf.
Um den Arbeitswalzen eine solche Rauhigkeit zu geben, sind verschiedene Texturiertechnologien bekannt, die in "Stahl und Eisen, Band 110 (1990), 14. März, Nr. 3, Düsseldorf, DE" zusammengefaßt sind.

1º) Sandstrahltexturieren (SST)

Eisenpartikel (Strahlsand) mit einer spezifischen Kornklassierung werden auf die Oberfläche einer Arbeitswalze gesprüht. Die kinetische Energie der Partikel ist ausreichend, um die Oberfläche plastisch zu verformen. Die Arbeitswalzenrauhigkeit ist eine Funktion des Strahlsandes (Eckigkeit, Masse, Größe), der Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitswalze, der Härte des Walzenmaterials, der Anzahl der Durchläufe längs der Walze, und der Rotationsgeschwindigkeit der Walze.
Mit der SST-Technologie können Rauhigkeitswerte (Ra) auf der Arbeitswalze zwischen 1,5 um und 6,0 um erhalten werden. Das Rauhigkeitsprofil zeigt eine zufällige Verteilung von Spitzen und Tälern. Ein regelmäßiges Muster kann nicht erkannt werden.
Obwohl das SST eine hohe Produktivität hat, hat diese Technologie große Nachteile:
- Es ist schwierig, die Arbeitswalzenrauhigkeit zu reproduzieren. Daher zeigt der auf der Walze nach dem Texturieren erhaltene Ra-Wert eine große Streubreite.
- Sehr große Rauhigkeitswerte (Ra > 5 um) können nur mit relativ weicheren Walzen (Härte niedriger als 90 Shore C) erhalten werden. Solche Walzen haben nur eine kurze Nutzlebensdauer.
- Die scharfen Ränder der rauhen Oberfläche brechen rasch ab, so daß sich bei den Arbeitswalzen während eines Walzzyklus immer eine starke Abnutzung ergibt.
Die Rauhigkeitsparameter können nicht unabhängig voneinander gewählt werden. Es gibt nämlich einen Zusammenhang zwischen der Rauhigkeit (Ra) und der auf der Metalltafel gemessenen Anzahl der Spitzen/cm (Pc).
Bis jetzt wurden die meisten texturierten Walzen für ein Kaltreduzierungs-Walzwerk mit dieser Technik texturiert.

2º) Texturieren durch elektrische Entladung (EET)

Eine Anode, die von einer Kupferelektrode (Kathode) durch ein dielektrisches Medium getrennt ist, ruft eine elektrische Entladung hervor, die Krater oder Eindrückungen auf der Walzenoberfläche erzeugen kann.
Gegenwärtig sind mit jeder Anode mehrere Kathoden gekoppelt, und da die Kathoden unabhängig voneinander Funken sprühen, wird die Kratermorphologie infolge des Funkens von einer einzelnen Elektrode infolge der Überlappung der zahlreichen Entladungen von benachbarten Elektroden rasch zerstört. Dies führt zu einer Oberflächenrauhigkeit, die im wesentlichen zufällig ist. Die Zufälligkeit ist stärker ausgeprägt, wenn die Anzahl der Durchläufe größer ist.
Die Walzenrauhigkeit ist eine Funktion der Frequenz der Spannung (eine höhere Frequenz führt zu einer größeren Spitzenzahl), der an die Elektroden angelegten Spannung (eine positive Spannung ergibt eine rauhere Oberfläche als eine negative Spannung), und dem Niveau der Kapazität in der Elektronik.
Verglichen mit dem Sandstrahlsystem hängt die EET nicht wesentlich von der Härte der Arbeitswalze ab. Die Textur mit geringer Rauhigkeit erzeugt eine größere Anzahl von Spitzen/cm, und die Reproduzierbarkeit ist besser.
Das EET-System hat auch einige wesentliche Nachteile:
- Um eine hohe Walzenrauhigkeit zu erzeugen, ist eine hohe Stromdichte notwendig. Dies verursacht eine starke Erwärmung des Walzenmaterials, was strukturelle Änderungen des Walzenmaterials zur Folge haben kann.
- Um eine geringe Walzenrauhigkeit zu erzeugen, ist eine große Anzahl von Durchläufen der Elektrodenverteiler notwendig, damit die anfänglichen zerstört werden. Daher nimmt die Texturierzeit zu, wenn die Rauhigkeit Ra abnimmt.
- Es wird eine Rauhigkeit mit scharfen Schneiderändern erzeugt, die die Blechoberfläche mikrobearbeiten kann, was zu der Erzeugung von unerwünschten Abnutzungstrümmern führen kann.
- Die Rauhigkeit (Ra) und die Anzahl der Spitzen pro cm (Pc) können nicht unabhängig voneinander gewählt werden. Für die EET, wie für die SST gibt es einen exponentiellen Zusammenhang zwischen Ra und Pc. Der Pc-Wert ist jedoch für die EET um 30 bis 50% größer als für die SST.
- Eine anfängliche Welligkeit der Walzenoberfläche kann vorkommen. Da der Zwischenraum zwischen der Walze und der Elektrode in den Welligkeitstälern größer ist, ist die Funkenbildung bei dem Welligkeitsprofil in den Tälern unvollkommen und auf den Bergen ausreichend. Da die Textur von der anfänglichen Höhe der Oberfläche abhängt, führt die anfängliche Welligkeit auch zu Moirerändern auf der Walze. Diese Texturiertechnik wird infolge der in einem solchen Fall auftretenden starken Abnutzung der Walze nicht häufig verwendet, um die Walzen für ein Kaltreduzierungs-Walzwerk zu texturieren.

3º) Laser-Texturieren (LT)

Ein Laserstrahl trifft auf die Walzenoberfläche auf, um das Walzenmaterial zu schmelzen, und das Material mit einem Hilfsgas (O&sub2;, CO&sub2; oder Ar) aus dem Krater herauszublasen. Die endgültige Walzentextur stimmt mit einer gleichmäßigen Verteilung von Kratern längs eines schraubenförmigen Pfades auf dem Arbeitswalzenumfang überein. Der axiale Kraterabstand wird durch die Geschwindigkeit der Längsbewegung der Walze gesteuert. In der tangentialen Richtung wird der Kraterabstand durch sowohl die Geschwindigkeit der Walze, als auch die Geschwindigkeit des mechanischen Unterbrechers bestimmt. Die Kratertiefe wird durch die Laserleistung bestimmt. Die Form des Kraters neigt dazu, mit zunehmender Schußzeit immer elliptischer zu werden, da der Laserstrahl während des Schusses nicht abgelenkt wird, so daß sich der Strahlpunkt auf der Walze bewegt.
Die Lasertechnologie führte die sogenannte determinierte Rauhigkeit in einer Richtung ein. Sie hat jedoch wesentliche Nachteile:
- Infolge des mechanischen Strahlunterbrechers, der schwere Beschränkungen bei den Texturiermöglichkeiten bewirkt, ist nur eine begrenzte Variation bei den Texturen möglich.
- Der Kraterrand besteht aus teilweise oxydiertem Material, und die Sprödigkeit des Randes bewirkt, daß er beim Walzen bricht, wodurch eine rasche Abnahme der Walzenrauhigkeit hervorgerufen wird.
- Die Textur ist nur in der Richtung des schraubenförmigen Pfades determiniert, und gegenwärtig ist es (infolge der Positionierung jedes Kraters mit dem mechanischen Unterbrecher) nicht möglich, ein voll determiniertes Muster zu erhalten.
- Es gibt eine Unregelmäßigkeit beim dem Rand infolge der Verwendung eines seitlichen. Gases und infolge der Tatsache, daß eine Vor- und Nacherhitzung der Walzenoberfläche nicht möglich ist.
Dabei ist anzumerken, daß die Lasertechnologie infolge der starken Abnutzung der Arbeitswalze (Oxydation des Randes) und wegen eines Moire-Problems, das besonders in dem Fall eines Kaltreduzierungs-Walzwerks auftritt, zum Texturieren von Walzen für ein Kaltreduzierungs-Walzwerk praktisch nicht verwendet wird.

4º) Elektronenstrahl-Texturieren (EST)

Die Anwendung einer speziellen Elektronenstrahltechnologie zum Texturieren von Walzen wurde anfänglich von Linotype Hell zum Gravieren von Rotationstiefdruckzylindern entwickelt (siehe WO-A-9205891, WO-A-9205911, WO-A-9210327).
Dieses Verfahren besteht darin, einen Elektronenstrahl auf eine Oberflächenwalze aufprallen zu lassen. Bei einem Einzelschuß wird der Strahl durch Linsen fokussiert, um das Walzenmaterial vorzuerhitzen, und dann wird ein erster Schuß auf die Oberfläche abgegeben, um einen Krater zu erzeugen, und · um den Rand, der den Krater umgibt, nachzuerhitzen. Dieser Zyklus kann bei demselben Punkt zwei- oder dreimal ausgeführt werden, um tiefere Krater zu erzeugen. Während des Schießzyklus wird der Strahl abgelenkt, um die kontinuierliche Bewegung der Walzenoberfläche (Verschiebung und Rotation) zu kompensieren. Auf diese Weise werden vollkommen runde Kraterränder erhalten.
Die sehr schnelle elektronische Pulsierung des Strahls steuert die Position jedes Kraters, um ein zweidimensionales Muster zu erzeugen. Einige Beispiele von Mustern sind in dem Dokument "La Revue de Metallurgie - CIT - Dezember 1992 in "Gravure des Cylindres" von A. Hamilius et al. " wiedergegeben. Die Linsen ermöglichen auch eine genaue Steuerung des Strahldurchmessers und der Schußzeit. Diese zwei Parameter sind mit dem Durchmesser und der Tiefe des Kraters auf der Oberflächenwalze direkt verknüpft. Wenn das Verhältnis von Durchmesser zu Kraterabstand geändert wird, werden determinierte Muster erhalten (die halbzufällige oder pseudozufällige Texturen aufweisen) -
Diese Technologie wurde bisher nur zum Texturieren von Arbeitswalzen für "Nachwalzvorrichtungen" oder "Dressiervorrichtungen" verwendet, bei denen eine EST- Pilotanlage verwendet wird. Die zwei hauptsächlichen Vorteile, die in dem Dokument "La Revue de Metallurgie - CIT" erwähnt werden, sind das nach dem Dressierwalzen erhaltene lackierte Aussehen des Blechs, sowie seine verbesserte Ziehbarkeit.

Ziel der Erfindung

Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen von Metalltafeln oder Metallstreifen vorzuschlagen, die bessere Eigenschaften haben.

Hauptsächliche Merkmale der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Metalltafeln oder Metallstreifen durch Kaltreduzierung einer Metalltafel oder eines Metallstreifens in einem Tandemwalzwerk oder einem umkehrbaren Walzwerk mit mindestens zwei Arbeitswalzen, von denen mindestens eine eine texturierte Arbeitswalze ist, um das Oberflächenmuster der texturierten Arbeitswalze auf die Oberfläche der Tafel oder des Streifens zu übertragen, wobei das Muster der texturierten Arbeitswalze aus einem zweidimensionalen determinierten Muster von Punkten besteht, die mittels eines Hochenergiestrahls, wie eines Elektronenstrahls, erhalten wurden, wobei jeder Punkt die Form eines Kraters mit einem steuerbaren Rand darum herum hat, wobei der Punkt durch ein Verhältnis von Breite zu Höhe des Randes größer als 2 definiert ist, der Abstand bis zu den nächsten zwei Kratern zwischen 50 und 500 um liegt, und die Rauhigkeit der texturierten Arbeitswalze in dem Kaltreduzierungs-Walzwerk zwischen 0,4 und 8,0 um liegt.
Die Rauhigkeit der texturierten Arbeitswalze in dem Kaltreduzierungs-Walzwerk liegt vorzugsweise zwischen 1,0 und 3,5 um, obwohl die bei dem Prozeß der vorliegenden Erfindung erhaltene Rauhigkeit vorzugsweise in dem Bereich von 0,5-2,0 um liegt.
Insbesondere beträgt das Verhältnis Breite zu Höhe des Randes vorzugsweise mindestens 3, und das Verhältnis Kraterdurchmesser zu Kratertiefe ist größer als 4.
Der Abstand bis zu den zwei nächsten Kratern liegt vorzugsweise zwischen 130 und 320 um, bei einer vorzugsweise zwischen 8 und 30 um liegenden Tiefe der Krater.
Der Innendurchmesser des Kraters liegt vorzugsweise zwischen 50 und 180 um, obwohl die Breite des Randes in dem Bereich von 4-100 um, und vorzugsweise in dem Bereich von 10-75 um liegt, und die Höhe des Randes in dem Bereich von 2-50 um, und vorzugsweise in dem Bereich von 5-35 um liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird die Metalltafel oder der Metallstreifen nach dem obenerwähnten Kaltreduzierungs- Walzvorgang einer Dressierwalzung mit mindestens zwei Arbeitswalzen unterworfen, von denen mindestens eine eine texturierte Arbeitswalze ist, um das Oberflächenmuster der texturierten Arbeitswalze auf die Oberfläche der Tafel oder des Streifens zu übertragen, wobei das Muster der texturierten Arbeitswalze in dem Dressierwalzwerk aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, wobei jeder Punkt die Form eines Kraters mit einem Rand darum hat. Vorzugsweise werden die Punkte durch einen Hochenergiestrahl, wie einen Elektronenstrahl, erhalten.
Die Rauhigkeit der texturierten Arbeitswalze in dem Dressierwalzwerk liegt zwischen 0,4 und 8,0 um, vorzugsweise zwischen 1,6 und 6,0 um, obwohl die mit dieser letzten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhaltene Blechrauhigkeit in dem Bereich von 0,5-6,0 um, vorzugsweise in dem Bereich von 0,8-4,0 um liegt.
Vorzugsweise sollte die Metalltafel oder der Metallstreifen, die in dem Kaltreduzierungs-Walzwerk auf einer Seite texturiert wurden, in dem Dressierwalzwerk durch eine texturierte Arbeitswalze auf derselben Seite texturiert werden.
Wenn die Metalltafel oder der Metallstreifen zwischen der Kaltreduzierungsphase und der Dressierwalzphase nicht umgekehrt wird, sollten die obere und/oder untere Arbeitswalze des Arbeitswalzenpaars in dem Dressierwalzwerk der texturierten oberen und/oder unteren Arbeitswalze des Arbeitswalzenpaars in dem Kaltreduzierungs-Walzwerk entsprechen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung haben beide Walzen des Arbeitswalzenpaars in dem Kaltreduzierungs-Walzwerk und/oder in dem Dressierwalzwerk eine Textur des Oberflächenmusters, die aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht.
Vorzugsweise sind die texturierten Walzen des Kaltreduzierungs-Walzwerks oder des Dressierwalzwerks nach dem "EST-Prozeß" mittels eines Elektronenstrahls unter Vakuum graviert. Bei dieser Technik bringt ein Elektronenstrahl die Walzenoberfläche in einem Gebiet von einigen Quadratmikrons bis auf die Schmelztemperatur, und unter dem Plasmadruck wird das geschmolzene Metall ausgeworfen, und es bildet um den Krater herum einen steuerbaren und definierten Rand, der innerhalb des Basismetalls integriert ist. Die Form und die Größe des Randes werden durch die Vorerhitzungs- und die Nacherhitzungsperiode bei der Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl gesteuert.
Die Textur der Arbeitswalze wird bei dem Walzprozeß in dem Kaltreduzierungs-Walzwerk oder in dem Dressierwalzwerk auf den Metalltafeln oder Metallstreifen reproduziert.
Vorzugsweise bildet die Musterkonfiguration Einheitszellen, wie regelmäßige, zentrische Sechsecke. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Metalltafeln oder Metallstreifen durch Kaltreduzierungswalzen, wobei diese Vorrichtung mindestens ein Tandemwalzwerk oder ein umkehrbares Walzwerk mit mindestens einem Arbeitswalzenpaar aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Walze des Arbeitswalzenpaars in dem Tandemwalzwerk oder dem umgekehrten Walzwerk eine Textur des Oberflächenmusters hat, die aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, die mittels eines Hochenergiestrahls, wie eines Elektronenstrahls, erhalten wurden, wobei jeder Punkt die Form eines Kraters mit einem steuerbaren Rand darum herum hat, wobei der Punkt durch ein Verhältnis von Breite zu Höhe des Randes größer als 2 definiert ist, der Abstand bis zu den nächsten zwei Kratern zwischen 50 und 500 um liegt, der Innendurchmesser des Kraters zwischen 20 und 250 um liegt, und die Rauhigkeit der texturierten Arbeitswalze in dem Kaltreduzierungs-Walzwerk zwischen 0,4 und 8,0 um liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kaltreduzierungs-Walzwerk ein umkehrbares Walzwerk, das nur ein Gerüst aus Arbeitswalzen aufweist, das die verschiedenen Schritte eines Reduzierungsvorgangs ausführt. In einem solchen Fall werden die Arbeitswalzen vor dem letzten Schritt des Walzvorgangs gegen texturierte Arbeitswalzen ausgetauscht, die eine Textur des Oberflächenmusters haben, die aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kaltreduzierungs-Walzwerk ein Tandemwalzwerk, das verschiedene Gerüste aufweist, wobei nur das letzte Gerüst mindestens eine texturierte Arbeitswalze aufweist, die eine Textur des Oberflächenmusters hat, die aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht. Der Reduzierungsvorgang wird in einer Sequenz ausgeführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung auch ein Dressierwalzwerk mit mindestens einem Arbeitswalzenpaar auf, wobei mindestens eine Walze des Arbeitswalzenpaars in dem Dressierwalzwerk eine Textur des Oberflächenmusters hat, die aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, wobei jeder Punkt die Form eines Kraters mit einem Rand darum herum hat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung haben beide Arbeitswalzen des Arbeitswalzenpaars in dem Kaltreduzierungs- Walzwerk und/oder in dem Dressierwalzwerk eine Textur des Oberflächenmusters, die ein zweidimensionales, determiniertes Muster von Punkten ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Metalltafel oder einen Metallstreifen, die mit dem obenerwähnten Verfahren oder der obenerwähnten Vorrichtung erhalten wurden, und die eine Textur des Oberflächenmusters haben, die aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, wobei jeder Punkt die Form einer Eindrückung hat, die einen Vorsprung oder eine Spitze umgibt, und wobei große Wellenlängen (Welligkeit) bei dem Leistungsspektrum praktisch fehlen.
Dies bedeutet, daß für ein bei einem Profil von 40 mm gemessenen Leistungsspektrum die Hauptleistungsdichte für Wellenlängen über 800 um kleiner als 0,2 um² ist, und vorzugsweise kleiner als 0,1 km ist.
Vorzugsweise hat die Metalltafel oder der Metallstreifen eine Dehnung (bei 50 mm) von weniger als 10% (Euronorm EN10002-1)
Falls die Tafel oder der Streifen aus Stahl ist, ist die Härte der Tafel oder des Streifens größer als 80 (Rockwell) Wie bereits erwähnt wurde, liegt die Rauhigkeit der Tafel oder des Streifens zwischen 0,3 und 2,5 um, und vorzugsweise zwischen 0,5 und 2,0 um.
Insbesondere beträgt das Verhältnis von Breite zu Tiefe der Eindrückung auf der Tafel oder dem Streifen mindestens 2, und vorzugsweise mindestens 3, und das Verhältnis von Vorsprungdurchmesser zu Vorsprunghöhe ist größer als 3, und vorzugsweise größer als 4.
Der Abstand bis zu den zwei nächsten Vorsprüngen oder Spitzen liegt zwischen 50 um und 550 um, und vorzugsweise zwischen 130 und 320 um, bei einer Höhe des Vorsprungs zwischen 0 um und 30 um.
Der Innendurchmesser der Eindrückung liegt zwischen 20 um und 250 um, und vorzugsweise zwischen 50 um und 180 um, obwohl die Breite der Eindrückung in dem Bereich von 4-100 um, und vorzugsweise in dem Bereich von 10-75 um liegt, und die Tiefe der Eindrückung in dem Bereich von 0-50 um, und vorzugsweise in dem Bereich von 5-30 um liegt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die Oberflächentextur der Metalltafel oder des Metallstreifens Einprägungen (Eindrückungen) des auf der texturierten Walze vorhandenen Randes auf. In diesem Fall können Vorsprünge oder Spitzen, für die Material der Tafel oder des Streifens in den Krater der texturierten Walze hinein extrudiert wurde (Höhe des Vorsprungs nicht gleich 0) vorkommen, oder (Höhe des Vorsprungs nahe bei 0) nicht vorkommen, je nach der Dickenreduzierung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Oberflächentextur der Metalltafel oder des Metallstreifens nur Vorsprünge oder Spitzen auf, beinahe ohne Einprägungen (Eindrückungen) des auf der texturierten Walze vorhandenen Randes. In diesem Fall liegt die Tiefe der Eindrückung nahe bei 0 um, und die Eindrückung hat eine sehr große Breite.
Vorzugsweise bildet die Musterkonfiguration Einheitszellen, wie ein regelmäßige, zentrische Sechsecke.
Die obenerwähnten Merkmale beziehen sich auf eine Metalltafel oder einen Metallstreifen, die ein Zwischenprodukt sind, und die noch nicht einem Glühprozeß und einem darauf folgenden Dressierwalzvorgang unterworfen wurden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Endprodukt, das in dem Kaltreduzierungs-Walzwerk mit EST- Walzen gewalzt wurde, und einem Glühprozeß und eventuell einem darauf folgenden Dressierwalzvorgang unterworfen wurde.
Wenn die oben beschriebene Metalltafel oder der oben beschriebene Metallstreifen einem Glühprozeß ohne irgendeinen Dressierwalzvorgang unterworfen wurde, haben sie keine inneren Spannungen an der Oberfläche.
Diese letztere Eigenschaft kann mittels einer der folgenden Techniken nachgeprüft werden:
Röntgenstrahlenbeugung, Ultraschallmessung, Messung der Mikroverformung während des Ätzens der Oberflächenschicht, Mikrohärte.
Wenn das Dressierwalzen ohne eine SST- oder EETtexturierte Walze ausgeführt wird, bedeckt eine stochastische Rauhigkeit teilweise das zweidimensionale, determinierte Muster aus Punkten auf der Metalltafel oder dem Metallstreifen.
Wenn der Dressierwalzvorgang mit einer durch einen Laser texturierten Walze ausgeführt wurde, bedeckt eine unideterminierte Rauhigkeit teilweise das zweidimensionale, determinierte Muster von Punkten auf dem Blech.
Wenn der Dressierwalzvorgang mit einer EST-texturierten Walze ausgeführt wurde, hat die Metalltafel oder der Metallstreifen eine endgültige Textur aus zwei Populationen eines Texturoberflächenmusters, die aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht.
Solche Metalltafeln oder Metallstreifen können aus Stahl, rostfreiem Stahl, Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehen.
Solche Metalltafeln oder Metallstreifen können auch mit einer metallischen oder organischen Schicht beschichtet werden, zum Beispiel durch Lackieren, Verzinken, Aluminisieren ...

Kurze Beschreibung der Figuren

- Die Fig. 1 gibt einen Stahlblech-Produktionsfluß wieder.
- Die Fig. 2 gibt eine schematische Ansicht der Zerlegung des Oberflächenprofils für ein Blech in die Rauhigkeit und die Welligkeit wieder.
- Die Fig. 3 und 4 geben den Zusammenhang zwischen der Rauhigkeit und der Welligkeit für zufällige Texturierprozesse (SST) in dem Fall einer geringen Rauhigkeit (Fig. 3) und in dem Fall einer starken Rauhigkeit (Fig. 4) wieder.
- Die Fig. 5 gibt die Entwicklung der Rauhigkeit und der Welligkeit während der EET einer Walze wieder.
- Die Fig. 6 und 7 geben die Übertragung der Welligkeit bei dem Kaltreduzierungswalzen (Fig. 6), und die Übertragung der zusätzlichen Rauhigkeit in dem Dressierwalzwerk (Fig. 7) wieder.
- Die Fig. 8 und 9 geben die Blechoberfläche nach dem Kaltreduzierungswalzen mit SST-Walzen und dem anschließenden Dressierwalzen mit EST-Walzen wieder.
- Die Fig. 10 gibt den Zusammenhang zwischen der Welligkeit (Wa) eines Blechs und der Bildklarheit (IC) nach dem Lackieren wieder.
- Die Fig. 11 gibt den Einfluß des Blechs auf die Lackierbildklarheit wieder, wenn das Dressierwalzen mit LT oder SST ausgeführt wird.
- Die Fig. 12 ist eine schematische Ansicht der EST-Maschine, die dazu bestimmt ist, die bei dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Kaltwalzen zu texturieren.
- Die Fig. 13 ist eine schematische Ansicht der Elektronenstrahlkanone der Maschine der Fig. 12.
- Die Fig. 14, 15 und 16 geben eine schematische Ansicht für drei Beispiele einer determinierten EST-Textur (zweidimensionale Kratermuster) wieder.
- Die Fig. 17 gibt eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine durch EST erhaltene, kreisförmige Kraterform wieder.
- Die Fig. 18 und 19 geben eine Ansicht wieder, in der ein Blech nach dem Tandemwalzen und nach dem Dressierwalzen wiedergegeben ist.
- Die Fig. 20 und 21 geben dreidimensionale Abmessungen einer texturierten Arbeitswalze in einem Tandemwalzwerk und eines in einem Tandemwalzwerk gewalzten Streifens gemäß der vorliegenden Erfindung wieder.
- Die Fig. 22 ist ein Diagramm, in dem die Ra-Entwicklung der EST-texturierten Walze in dem Tandemwalzwerk während eines einzelnen Walzplans wiedergegeben ist.
- Die Fig. 23 gibt das Verhalten der Aufnahme von Eisenabrieb auf einer EST-texturierten Walze wieder.
- Die Fig. 24 gibt den Gewichtsverlust (WL) der Beschichtung während des Ziehens von verzinktem Material wieder.
- Die Fig. 25 gibt den Einfluß des Kaltreduzierungstexturprozesses (SST und EST) auf die Variation der Beschichtungsdicke (CT) wieder.
- Die Fig. 26 und 27 geben die resultierende endgültige Textur einer Metalltafel oder eines Metallstreifens nach erfolgreicher Tandem- und Dressierwalzung wieder, wobei ein gesteuertes Gemisch von flachen und tiefen, kreisförmigen Tälern für die grobe Rauhigkeit (Fig. 26) und die feine Rauhigkeit (Fig. 27) sichtbar wird.
- Die Fig. 28 und 29 geben zwei Ansichten von dreidimensionalen Texturabmessungen eines einer Dressierwalzung unterworfenen Streifens mit einer feinen (Fig. 28) und einer groben (Fig. 29) determinierten EST-Textur wieder.
- Die Fig. 30 und 31 geben das Wellenlängenspektrum für eine Tafel oder einen Streifen wieder, die mit Erfolg in einem Tandemwalzwerk und einem Dressierwalzwerk gewalzt wurden, wobei eine Sandstrahltextur (Fig. 30) bzw. eine EST-Textur (Fig. 31) verwendet wurde.
- Die Fig. 32 gibt das lackierte Aussehen wieder für ein Blech, bei dem bei der Kaltreduzierung eine stochastische Rauhigkeit (EST, LT) verwendet wird, und für ein Blech, bei dem EST verwendet wird.

Von der vorliegenden Erfindung zu lösende Probleme

Die Rauhigkeit der Arbeitswalzen, die bei dem letzten Schritt eines Walzvorgangs in einem Kaltreduzierungs-Walzwerk verwendet werden, hat drei hauptsächliche Auswirkungen:
1º)Kaltschweißen (Festkleben) der Coilwindungen während des Chargenglühens wird vermieden. Während des Chargenglühens werden die äußeren Windungen des Coils rascher erhitzt als die inneren. Der Temperaturgradient ruft einen thermischen Druck zwischen den Windungen hervor. Der Druck wird so groß, daß die Windungen zusammengeschweißt werden. Eine solches Zusammenschweißen wird "Festkleben" genannt. Bei dem Abwickeln vor dem Dressierwalzen brechen die Klebestellen auf, aber sie lassen eine Marke auf der Blechoberfläche zurück. Dieser Defekt wird "Klebestellenmarken" genannt. Die Oberflächenrauhigkeit vermindert die Tendenz, während des Chargenglühens Klebestellen zu bilden.
2º)Die Haftung einer Beschichtung auf einem Stahlsubstrat wird sichergestellt (Feuerverzinkung und Glühung). In einer Feuerverzinkungslinie wird das ganz harte Material (Stahlblech nach dem Tandemwalzen) zunächst in einer kontinuierlichen Glühlinie geglüht, und dann in ein Zinkbad von 470?C getaucht. Die Rauhigkeit des Blechs ist wichtig für die Aufnahme des Zinks. Je nach der Spezifikation der Zn-Dicke sind minimale Rauhigkeitswerte zwischen 0,8 um und 1,2 um erforderlich.
3º)Es wird eine endgültige Rauhigkeit nach dem Dressierwalzen erhalten, die eine Mischung zwischen der Reduzierungswalzwerk- Rauhigkeit und der darauf folgenden Dressierwalzwerk- Rauhigkeit ist für gewisse Anwendungen, wie Badewannen, ist eine extrem große Rauhigkeit der Bleche notwendig (Ra > 3,5 um). Solche großen Werte können nicht durch Dressierwalzen allein erreicht werden. Daher ist auch eine große Oberflächenrauhigkeit nach dem Kaltreduzierungswalzen erforderlich.
In dem Fall von Tafeln oder Streifen aus Stahl oder rostfreiem Stahl, die durch einen Walzvorgang in einem Kaltreduzierungs-Walzwerk erhalten wurden, rufen außerdem die große Härte der Metalltafeln oder Metallstreifen und die Dickenreduzierung von 5 bis 10% bei dem letzten Schritt des Walzvorgangs spezifische Probleme hervor, die in dem Fall des Dressierwalzwerks unbekannt sind.
Wenn zufällige Texturierverfahren, wie SST oder EET zum Texturieren von Arbeitswalzen verwendet werden, wird das Auftreten von langwelligen Wellen, der sogenannten "Welligkeit" beobachtet (siehe Fig. 2) Die bei den Texturierverfahren erzeugte Welligkeit ist zurückzuführen auf:
- eine zufällige Variation der Walzenhärte, eine Variation der Energie der Sandstrahlpartikel in dem Fall einer SST- Technologie;
- eine Variation der elektrischen Energie des erodierenden Funkens, eine Variation der elektrischen Leitfähigkeit des Walzenmaterials in dem Fall einer EET-Technologie.
Bei gleichem Rauhigkeitswert sind die Welligkeiten der SST- und der EET-texturierten Walzen nicht wesentlich verschieden. Tests mit verschiedenen Schleifverfahren zeigten, daß die Welligkeit des Streifens nach dem Kaltwalzen nicht durch Verringerung der Rauhigkeit der geschliffenen Walze vor dem EET vermindert werden kann.
Computersimulationen des SST-Prozesses zeigen, daß bei jedem Versuch, die Rauhigkeit der Walze zu erhöhen, die Welligkeit erhöht wird (siehe die Fig. 3 und 4).
Der gleiche Zusammenhang zwischen den Rauhigkeitswerten (Ra) und den Welligkeitswerten (Wa) wird bei den BET-Walzen gefunden. Die Fig. 5 gibt die Ra- und Wa-Werte für die EET- Walze als eine Funktion der Texturierzeit oder des Texturiergrades wieder. Wenn der Texturiergrad zunimmt, nehmen sowohl Ra, als auch Wa zu.
Diese Ergebnisse zeigen an, daß die Welligkeit beim Texturieren als direkte Folge der Bemühungen, die Walze rauher zu machen, eingebracht wird. Die inhärente Variabilität des SST- und des EET-Verfahrens ist die Ursache der zufälligen Natur der resultierenden Textur, und auch der Einbringung des großen Bereichs von topographischen Wellenlängen auf der Walzenoberfläche.
Die Welligkeit der Walzenoberfläche wird bei dem Kaltreduzierungsvorgang leichter auf die Blechrauhigkeit übertragen als bei dem Dressierwalzen. Die höheren Drücke (infolge des härteren Blechs und der größeren Dickenreduzierung), und der längere Kontakt zwischen dem Blech und der Walze (infolge der größeren Dickenreduzierung) bewirken, daß selbst die langwelligen Wellen bei der Walze auf die Blechoberfläche aufgeprägt werden.
Um Klebestellenmarken nach dem Chargenglühen zu vermeiden, muß jedoch der Ra-Wert der Kaltreduzierungswalzwerk-Rauhigkeit groß sein. Daher werden Sandstrahl- oder EET-Walzen mit einem großen Ra-Wert (5 bis 6 um) und unglücklicherweise einem großen Wa-Wert verwendet. Dies hat eine starke Welligkeit nach dem Kaltwalzen zur Folge. Da die Dickenreduzierung in dem Dressierwalzwerk klein ist (0,5 bis 1,0%), kann die Kaltreduzierungswelligkeit nicht glattgewalzt werden, und sie ist bei der endgültigen Rauhigkeit noch vorhanden (siehe die Fig. 6 und 7).
Selbst wenn bei dem Dressierwalzen EST- oder LTtexturierte Walzen verwendet werden, enthält die endgültige Oberfläche die Welligkeit der Kaltreduzierungswalzen (siehe die Fig. 8 und 9).
Die Welligkeit ist nachteilig für das Aussehen von lackierten Teilen, wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt ist. Ein weiteres Problem der vorliegenden Erfindung ist die starke Abnutzung der in dem Kaltreduzierungs-Walzwerk verwendeten und nach den herkömmlichen Verfahren erhaltenen Walzen. Die Abnutzung ist auf die hohen Scherkräfte während des Kaltreduzierungswalzens zurückzuführen, was in dem Fall von Stahlblech die große Dickenreduzierung der Tafel oder des Streifens, und eine große Härte des Materials zur Folge hat. Dies ist bei EET-Walzen infolge der feinen und scharfen Ränder bestimmt der Fall.
Ein weiteres Problem der vorliegenden Erfindung ist, die Aufnahme von Eisenabrieb zu vermindern, besonders wenn SST- und EET-Walzen mit geringer Rauhigkeit hergestellt werden. Der in der Emulsion des Kaltreduzierungs-Walzwerks vorhandene Eisenabrieb klebt auf der Arbeitswalze fest, wenn die Spitzen der Walzenrauhigkeit scharf sind. Die Arbeitswalze und die Gegenwalze werden dann beschädigt, und der Walzprozeß muß angehalten werden.
Aus diesem Grund ist die gegenwärtige Tendenz, die Erzeugung einer geringeren Tandemrauhigkeit zu versuchen, ohne das Chargenglühen und die Beschichtungshaftung zu gefährden. Bei herkömmlichen Rauhungstechniken ist diese Bemühung jedoch infolge der Unregelmäßigkeit (Welligkeit) der aufgebrachten Rauhigkeit begrenzt.
Ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung Die Fig. 12 gibt eine EST-Maschine wieder, die dazu bestimmt ist, spezifische Texturen auf bei dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Kaltwalzen zu erzeugen.
Im allgemeinen kann die EST-Maschine mit einem Hochenergie-Fernseher verglichen werden, bei dem der Bildschirm durch die zu texturierende Walzenoberfläche ersetzt wurde. Die hauptsächlichen Vorteile sind daher:
- Flexibilität
- Reproduzierbarkeit
- Vorhersagbarkeit
- Produktivität
- Zuverlässigkeit
- Volle Automatisierung.
Die EST-Maschine besteht im wesentlichen aus den folgenden Teilen:
- der Texturierkammer (1);
- der Elektronenkanone (8);
- der Vakuumpumpe (13);
- dem Wärmeaustauscher mit geschlossenem Kreis (nicht wiedergegeben);
den elektrischen Steuerschränken (nicht wiedergegeben). Die Texturierkammer (1) besteht aus einer Gußstahlbasis und einer Aluminiumhaube, wodurch eine luftdichte Einheit erhalten wird. Die Haube hat oben einen beweglichen Deckel, um das Laden und Entladen der Walzen (2) zu ermöglichen. Während des Texturierens wird das Vakuum in der Kammer (1) bei 101 mbar konstant gehalten. Die Walze wird durch Mittel (3, 4, 5) eines kontinuierlich regelbaren Antriebsmotors (6) mit einer Drehzahl zwischen 0 und 1000 UPM angetrieben, während ein Verschiebemechanismus (7) die Translation der Walze (2) vor der festen Position der Elektronenkanone (8) ausführt. Wenn die Textur gewählt ist und die Walze (2) in die Texturierkammer (1) eingeführt ist, werden die Maschineneinstellung und der Texturierprozeß automatisch ausgeführt. Die EST-Maschine wird mittels fünf Mikroprozessoren gesteuert, die über ein lokales Netz, das mit Faseroptik ausgeführt ist, um unerwünschtes Rauschen zu vermeiden, miteinander und mit dem zentralen Steuer-PC verknüpft sind.
Der hauptsächliche Teil der EST-Maschine ist die Elektronenkanone (8), die an der Rückseite der Texturierkammer (1) starr befestigt ist. Wie in der Fig. 12 wiedergegeben ist, besteht die Elektronenkanone (8) aus drei Teilen:
- der Beschleunigungseinheit (10) mit der Kathode (9)
- der Zoomlinseneinheit (11)
- der Fokussiereinheit (11)
Die Elektronenkanone kann als eine herkömmliche Triode beschrieben werden, die jedoch mit einer schnellen Pulsierung und einer Zoomlinsenoptik ausgerüstet ist, die sie einzigartig machen. Der Krater- und Randbildungsprozeß ist in der Fig. 13 schematisch dargestellt. Die Kanone arbeitet unter einem Vakuum von 10&supmin;³ bis 10&supmin;&sup4; mbar, und es wird eine Beschleunigung von 200 kV bei einem maximalen Strom von 75 mA verwendet. Eine direkt geheizte Kathode erzeugt die Elektroflor Die Impulsfrequenz der Kanone ist kontinuierlich variierbar, bei einem Maximum von 200 kHz. Die Schußzyklen für die Bildung eines einzelnen Kraters, der mit einem Einzel- oder Doppelschuß verwirklicht werden kann, können wie folgt dargestellt werden:
Die gesamte Schußzykluszeit pro Krater (erster und eventueller zweiter Schuß) liegt in dem Bereich von 2 bis 15 usec.
Der Elektronenstrahl wird abgelenkt, damit er der Translation und Rotation der Walze während einer Kraterbildung folgt. Auf diese Weise wird die ganze Walzenoberfläche mit vollkommen kreisförmigen Kratern texturiert. Die Verschiebegeschwindigkeit ist von 0,03 bis 0,36 m/min kontinuierlich variierbar. Die Verschiebegeschwindigkeit wird durch die Verschiebe- und Rotationsgeschwindigkeit der Walze gesteuert, und durch Dekodierer überwacht, die wiederum die Zeitsteuerung des Aufpralls des Elektronenstrahls steuern. Die Walzentextur wird von einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Kratern gebildet, die durch einen Hochenergiestrahl (d. h. einen Elektronenstrahl) erzeugt werden, wobei jeder Krater von einem Kraterrand umgeben ist. Das zweidimensionale Muster hat eine konstante Struktur und ist durch drei Parameter: dL, dA und n definiert.
- dL ist der Abstand zwischen zwei Kratern, gemessen in der Umfangsrichtung der Walze.
- dA ist der Abstand zwischen zwei Umfängen in der axialen Richtung.
- n ist die Anzahl der Windungen auf der Walze, bis der Krater die gleiche Umfangsposition auf der Walze hat; n kann eine ganze Zahl oder eine reelle Zahl (das heißt, die nicht gleich einer Bruchzahl aus zwei ganzen Zahlen ist) sein.
Einige Beispiele von Einheitszellen sind in den Fig. 14, 15 und 16 wiedergegeben.
Das Muster der Fig. 14 hat eine rechteckige Einheitszelle: Die Krater haben bei jeder Windung der Schraubenlinie die gleiche Position.
Das Muster der Fig. 15 hat eine sechseckige Einheitszelle: Nach zwei Windungen der Schraubenlinie ist der Krater in der gleichen Position in der axialen Richtung angeordnet.
Bei dem Muster der Fig. 16 hat der Krater nach drei Windungen die gleiche Umfangsposition.
Die Abstände dL und dA können innerhalb eines großen Bereichs gewählt werden, und zwar zwischen 80 und 550 um. Die Zahl n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 1 (keine obere Begrenzung). Für jede Primzahl oder reelle Zahl wird ein verschiedenes Muster erhalten. Wenn n eine Bruchzahl ist oder eine ganze Zahl ist, die größer als die Anzahl der Windungen auf der Walze (gewöhnlich ungefähr 20000) ist, gibt es beinahe keine Periodizität in der axialen Richtung bei dem Muster. Dieses Verfahren ermöglicht, eine pseudozufällige Anordnung der Krater in der axialen Richtung zu erzeugen.
Die Form des Kraters ist eine Funktion des Strahldurchmessers d, der Schußzeit ts, und der Ablenkung des Strahls während des Schusses. Wenn der Strahl während des Schusses der Walzenoberfläche folgt, können vollkommen kreisförmige Krater mit einer zu der Schußzeit ts proportionalen Kratertiefe K erzeugt werden (siehe die Fig. 17).
Wenn keine Ablenkung, oder eine negative Ablenkung (Ablenkung in der zu der Drehrichtung der Walzenoberfläche entgegengesetzten Richtung) erfolgt, werden mehr oder weniger elliptische Krater erhalten.
Die Form des Kraterrandes wird durch die Vor- und Nacherhitzung, die Energieverteilung über den Strahlradius, die Position und die Beziehung zwischen dem Kraterdurchmesser und dem Kratermuster beeinflußt. Ein runder, kreisförmiger Rand mit glatten Rändern wird erzeugt, wenn der Kraterdurchmesser klein ist, verglichen mit dem Abstand zwischen zwei Kratern, und wenn die Nacherhitzung lang ist.
Wenn die Vorerhitzung erhöht wird und die Nacherhitzung verringert wird, kann ein immer unregelmäßigerer Rand erzeugt werden.
Ein diskontinuierlicher Rand, der aus mehreren Walzenmaterialhaufen besteht, kann erhalten werden, wenn der Kraterdurchmesser ungefähr gleich 80% des Abstandes zwischen zwei Kratern ist. Die Form der Haufen, und die Anzahl der Haufen pro Krater ist eine Funktion der Parameter dL, dA und n.
Die Übertragung der Rauhigkeit von der texturierten Arbeitswalze auf das Blech ist bei dem Kaltreduzierungs- Walzwerk völlig verschieden von der Übertragung bei dem Dressierwalzwerk. Bei dem Dressierwalzwerk wird die Blechrauhigkeit durch die Einprägung des Randes in das Blech erzeugt (siehe Fig. 18)
Bei dem Kaltreduzierungs-Walzwerk enthält die Oberfläche des Blechs nicht nur die Einprägungen des Randes, sondern auch Spitzen oder Vorsprünge, wo das Material infolge der großen Scherkräfte in die Kratertiefe hinein extrudiert wurde. Daher beeinflußt die Kratertiefe direkt die Rauhigkeit nach dem Kaltreduzierungsschritt (siehe Fig. 19).
Bilder der Blechrauhigkeit nach dem Kaltreduzierungswalzen mit determinierter EST-Rauhigkeit oder nach dem Dressierwalzen mit EST-Rauhigkeit sind in den Fig. 20 und 21 wiedergegeben.
Hohe Vorsprünge oder Spitzen infolge von Material, das in den entsprechenden Krater der Walze extrudiert wurde, können jedoch vorkommen oder nicht vorkommen, je nach der Dickenreduzierung der Tafel oder des Streifens.

Lösung für die Abnutzung der texturierten Arbeitswalze bei dem Kaltreduzierungswalzen

Die Walzenabnutzung bei dem Kaltreduzierungswalzen wird von der Form des Randes oder den diskontinuierlichen Sitzen auf der Walze stark beeinflußt. Das Verhältnis von Breite zu Höhe der Haufen des Randes auf der Walze sollte mindestens 3 betragen. Sonst sind die durch die Scherkräfte in dem Haufen erzeugten Spannungen zu groß und die Spitze bricht ab.
Bei einem runden, konischen Rand (mit verrundeter Spitze) kann dieser Zustand mit den folgenden Schußparametern verwirklicht werden:
- Strahlbrennpunkt unter der Walzenoberfläche
- Verhältnis von Kraterdurchmesser zu Kratertiefe größer als 4.
Die Fig. 22 gibt die Entwicklung von Ra während eines Kaltreduzierungswalzzyklus bei einer solchen Randform wieder.
Während des ersten Teils des Zyklus erfolgt ein kleiner Abfall von Ra. Nach 20 km ist die Walzenrauhigkeit stabil und es gibt praktisch keine Abnutzung.
Ein weitere Verminderung der Abnutzung wurde erhalten, wenn die Randform geändert wurde. Es wurde festgestellt, daß dann, wenn der Brennpunkt des Strahls über der Walzenoberfläche anstatt unter der Walzenoberfläche lag, die Randform von einer konischen Form mit verrundeter Spitze in eine mehr trapezförmige Form übergeht. Das Verhältnis von Breite zu Höhe des Trapezrandes sollte mindestens 2 betragen, um die Abnutzung zu minimieren.

Lösung für das Problem der Aufnahme von Eisenabrieb bei dem Reduzierungswalzen

Die Aufnahme von Eisenabrieb auf dem EST-texturierten Walzen kommt vor, wenn die Randseiten zu steil sind. In diesem Fall wird der Eisenabrieb über die Ränder gepreßt, und infolge des elastischen Rückfederung nach dem Walzvorgang klebt der Eisenabrieb an der Walzenoberfläche fest (Fig. 23).
Wenn die Seiten der Ränder weniger steil sind, ist die Reibungskraft zwischen dem Eisenabrieb und der Walze nach der elastischen Rückfederung der Walze zu klein, und der Eisenabrieb klebt nicht an der Walze fest.
Bei einem runden, konusförmigen Rand sollte das Verhältnis von Breite zu Höhe mindestens 3 betragen, um eine Aufnahme von Eisenabrieb zu vermeiden. Dieser Zustand wird mit den folgenden Strahlparametern verwirklicht:
- Strahlbrennpunkt unter der Walzenoberfläche
- Verhältnis von Kraterdurchmesser zu Kratertiefe größer als 4.

Lösung für das Problem der Klebestellenmarken bei dem Chargenglühen

Bei dem Chargenglühen wird der Druck zwischen den Windungen über die vielen feinen Spitzen der Tandem-EST- Rauhigkeit verteilt. Der Kontaktdruck auf eine Spitze ist groß, und es ist sehr wahrscheinlich, daß oben auf der Spitze eine Schweißstelle gebildet wird.
Der Durchmesser der Schweißstelle oben auf der Spitze ist klein (z. B. < 40 um), und es sind nur sehr kleine Kräfte erforderlich, um die Schweißstelle aufzubrechen. Dies geschieht während der Abkühlung des Materials, wenn die thermischen Spannungen verschwinden. Diese elastische Entspannung der Windungen bewirkt, daß die Schweißstellen aufbrechen, und daß bei dem Abwickeln des Materials keine Klebestellenmarken gebildet werden.
Dieser Mechanismus bleibt selbst bei sehr niedrigen Ra- Werten erhalten, solange die Spitzen der EST- Kaltreduzierungsrauhigkeit vorhanden sind. Bei Blech mit einer Tandemrauhigkeit von 0,5 um wurden keine Klebestellenmarken beobachtet. Wenn der Ra-Wert auf dem Blech einmal auf 0,5 um abnimmt, gibt es praktisch keine Spitzen mehr, und es werden keine Klebestellenmarken gebildet.

Lösung für die Haftung bei verzinktem Stahl

Eine geglühte Zinkschicht wird gebildet, wenn Fe und Zn bei einer Glühbehandlung nach der Feuerverzinkung des Blechs in flüssigem Zn miteinander reagieren. Bei dieser Reaktion spielt die Oberflächenzone eine sehr wichtige Rolle:
1. Je größer die Rauhigkeit ist, desto größer ist die spezifische Kontaktzone zwischen Fe und Zn. Die Reaktivität der Reaktion nimmt zu. Es ist bekannt, daß eine sehr rasche Reaktion zu dem sogenannten Ausbruch von FeZn-Verbindungen aus dem flüssigen Zn führen kann. Eine solche Schicht ist inhomogen, was zu einem starken Gewichtsverlust der Beschichtung während des Tiefziehens führt.
2. Je größer die Welligkeit ist, desto größer sind die Dickenunterschiede der flüssigen Zn-Schicht vor dem Glühen. Die Welligkeit kann große Unterschiede hervorrufen: Bei einer mittleren Gesamtdicke von 10 um kann die mittlere Zn-Dicke örtlich zwischen 5 und 15 um variieren.
Es gibt zwei Gründe, warum die FeZn-Reaktion dort beginnt, wo das flüssige Zn am dünnsten ist:
1. Das Al in dem flüssigen Zn bildet vor der Reaktion eine Schicht zwischen dem Fe und dem flüssigen Zn. Diese Schicht ist ein Inhibitor für die FeZn-Reaktion, und sie hilft, die Reaktion zu steuern. Es wurde festgestellt, daß sich das Al vorzugsweise in den Tälern ablagert, wo die Dicke des flüssigen Zn groß ist.
2. Da die Dicke des Zn größer ist, dauert es länger, bis die Temperatur der Fe-Zn-Grenzfläche den Wert erreicht, der für den Beginn der Reaktion notwendig ist.
Diese Unterschiede bei der Reaktionskinetik infolge der Welligkeit des Blechs haben auch einen inhomogenen Aufbau, und einen Gewichtsverlust beim Tiefziehen zur Folge.
Durch Verwendung einer determinierten Kaltreduzierungsrauhigkeit ist ein homogener Aufbau der Fe-Zn- Verbindungen möglich. Dies vermindert den Gewichtsverlust der Beschichtung beim Napfziehen auf 30% des mit der herkömmlichen Sandstrahlrauhigkeit erhaltenen Wertes (siehe Fig. 24) Die positive Wirkung der EST-Kaltreduzierungsrauhigkeit hat folgende Ursachen:
1. eine kleinere spezifische Kontaktfläche bei dem gleichen Ra-Wert
2. keine Welligkeit, daher keine örtlichen Unterschiede bei der Reaktivität
3. ein großer Anteil unberührter, flacher Blechoberfläche zwischen den kreisförmigen Hohlräumen auf dem Stahlblech. Daher sollte das Verhältnis des inneren Kraterdurchmessers zu dem Kraterabstand auf der Walze kleiner als 0,5 sein.
Die EST-Kaltreduzierungsrauhigkeit vermindert auch die Variation bei der Beschichtungsdicke. In der Fig. 25 wird die mittlere Dicke und die Variation der Dicke des Materials mit Sandstrahlrauhigkeit mit Material verglichen, das eine EST- Textur hat. Bei gleichem Gesamtbeschichtungsgewicht vermindert die gleichmäßigere EST-Textur die Variation auf ein Drittel des Sandstrahlwertes.
Lösung für das Problem der Kombination der EST-Textur für das Kaltreduzierungs-Walzwerk mit der EST-Textur für das Dressierwalzen.
Die BST-Kaltreduzierungsrauhigkeit kann mit einer EBTtexturierten Walze bei dem Dressierwalzwerk kombiniert werden. Bei dem Dressierwalzen wird das homogene Muster mit den Spitzen von gleicher Höhe (5 bis 15 um) vollständig glattgewalzt. Die eingeprägten, mehr oder weniger kreisförmigen Täler oder Eindrückungen der Kaltreduzierungsrauhigkeit bleiben nach dem Dressierwalzen jedoch in der Textur. Wie oben beschrieben wurde, werden bei dem Dressierwalzprozeß nur Einprägungen des Walzenrandes gebildet, und infolge des niedrigen Kontaktdrucks während des Dressierwalzens werden keine Spitzen erzeugt.
Es ist leicht, die Dressierwalzwerkstäler tiefer zu machen. Die kleinen Scherkräfte bei dem Dressierwalzen machen es möglich, Walzen mit hohen Rändern zu verwenden, ohne daß Gefahr besteht, daß sie beim Walzen abbrechen. Die resultierende Textur besteht aus einer gesteuerten Mischung von flachen und tiefen, kreisförmigen Tälern, wie in den Fig. 26 und 27 gezeigt ist.
Aufgrund dieses Phänomens ergeben sich drei einzigartige und unerwartete Vorteile:
1. Die endgültige, gemischte Blechtextur ist vollständig vorhersagbar und reproduzierbar. Sie ist die erste Blechtextur, bei der nur voll determinierte Walzen verwendet werde.
2. Der Beitrag der Kaltreduzierungswalzwerk-Rauhigkeit zu der endgültigen Blechrauhigkeit ist begrenzt: Da die Spitzen glattgewalzt werden und nur flache Einprägungen der Ränder zurückbleiben, ist der Beitrag des Kaltreduzierungs-Walzwerks zu der endgültigen Rauhigkeit auf 0,2 um Ra begrenzt. Dieser geringe Beitrag erleichtert die Erzeugung von kleinen endgültigen Rauhigkeitswerten mit kleiner Variation.
3. Die Mischung von zwei Populationen von Tälern (einer Population eines Kaltreduzierungs-Walzwerks, und einer Population des Dressierwalzwerks) hat spezifische Vorteile für die Tiefziehbarkeit zur Folge. Das Schmieröl wird allmählich freigegeben, wenn es benötigt wird. Die flachen Täler geben den Ölgehalt leicht ab (z. B. bei kleinen Ziehverhältnissen), während die tieferen Täler das Öl viel länger zurückhalten, wodurch sie größere Ziehverhältnisse begünstigen.
4. Bei der endgültigen Textur ist keine Welligkeit vorhanden, und zwar auch nicht bei großen Ra-Werten von z. B. 2,5 um. Dies ist bei den in den Fig. 18 und 19 wiedergegebenen dreidimensionalen Texturabmessungen bei Mustern mit einer großen und einer kleinen Dressierwalzwerks-Rauhigkeit veranschaulicht. In den Fig. 30 und 31 wird das Leistungsspektrum dieser neuen Blechstruktur mit dem Leistungspektrum einer Textur verglichen, bei der stochastisch texturierte Walzen bei dem Kaltreduzierungs-Walzwerk oder dem Dressierwalzwerk verwendet werden. Die großen Wellenlängen (> 0,6 mm) werden immer stark sichtbar, wenn stochastische Walzen verwendet werden, und sie sind bei der neuen Blechtextur praktisch abwesend.
Die Abwesenheit von großen Wellenlängen hat eine wesentliche Zunahme des lackierten Aussehens zur Folge (siehe Fig. 32), und, was noch wichtiger ist, diese Zunahme ist unabhängig von dem Ra-Wert des Blechs. Bei der vorliegenden Erfindung kann Blech mit einem Ra-Wert bis zu 2,5 um hergestellt werden, um die Ziehbarkeit und ein ausgezeichnetes lackiertes Aussehen zu begünstigen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Metalltafeln oder Metallstreifen durch Kaltreduzierung einer Metalltafel oder eines Metallstreifens in einem Tandemwalzwerk oder einem umkehrbaren Walzwerk mit mindestens einem Arbeitswalzenpaar, bei dem mindestens eine der Arbeitswalzen texturiert ist, um das Oberflächenmuster der texturierten Arbeitswalze auf die Oberfläche der Tafel oder des Streifens zu übertragen, wobei das Muster der texturierten Arbeitswalze aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, die durch einen Hochenergiestrahl, wie einen Elektronenstrahl, erhalten werden, wobei jeder Punkt die Form eines Kraters mit einem steuerbaren Rand darum herum hat, der Punkt durch ein Verhältnis Breite zu Höhe des Randes größer als 2 definiert ist, der Abstand bis zu den nächsten zwei Kratern zwischen 50 und 500 um liegt, der Innendurchmesser der Krater zwischen 20 und 230 um liegt, und die Rauhigkeit der texturierten Arbeitswalze bei der Kaltreduzierung zwischen 0,4 und 8,0 um liegt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit der texturierten Arbeitswalze bei dem Kaltreduzierungs-Walzwerk in dem Bereich von 1,0-3,5 um liegt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Breite zu Höhe des Randes mindestens 3 beträgt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Kraterdurchmesser zu Kratertiefe größer als 4 ist.

5. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei Kratern zwischen 130 und 320 um liegt, bei einer Tiefe zwischen 8 und 30 um.

6. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Krater zwischen 50 und 180 um liegt, obwohl die Breite des Randes in dem Bereich von 4-100 um, vorzugsweise in dem Bereich von 10-75 um, liegt, und die Höhe des Randes in dem Bereich von 2-50 um, vorzugsweise in dem Bereich von 5-35 um, liegt.

7. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalltafel oder der Metallstreifen nach dem Kaltreduzierungswalzen nachgewalzt wird mit mindestens einem Arbeitswalzenpaar, bei dem mindestens eine der Arbeitswalzen texturiert ist, um das Oberflächenmuster der texturierten Arbeitswalze des Nachwalzwerks auf die Oberfläche der Tafel oder des Streifens zu übertragen, wobei das Muster der Arbeitswalze des Nachwalzwerks aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, bei dem jeder Punkt die Form eines Kraters mit einem Rand darum herum hat.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit der texturierten Arbeitswalze bei den Nachwalzwerken in dem Bereich von 0,4-8,0 um, vorzugsweise in dem Bereich von 1,6 - 6,0 um, liegt.

9. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Walzen des Arbeitswalzenpaars bei dem Kaltreduzierungs-Walzwerk und/oder dem Nachwalzwerk einer Texturierung mit dem Oberflächenmuster unterworfen werden, das ein zweidimensionales, determiniertes Muster von Punkten ist.

10. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Musterkonfiguration der texturierten Arbeitswalze bei dem Kaltreduzierungs- Walzwerk und/oder dem Nachwalzwerk Einheitszellen von Punkten vorzugsweise als gleichmäßige, zentrische Sechsecke bildet.

11. Vorrichtung zum Herstellen von Metalltafeln oder Metallstreifen durch Kaltreduzierungswalzen, die mindestens ein Tandemwalzwerk oder ein umkehrbares Walzwerk mit mindestens einem Arbeitswalzenpaar aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Walze des Arbeitswalzenpaars bei dem Tandemwalzwerk oder dem umkehrbaren Walzwerk eine Textur aus dem Oberflächenmuster hat, das aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, die durch einen Hochenergiestrahl, wie einen Elektronenstrahl, erhalten werden, wobei jeder Punkt die Form eines Kraters mit einem Rand darum herum hat, der Punkt durch ein Verhältnis Breite zu Höhe des Randes größer als 2 definiert ist, der Abstand bis zu den nächsten zwei Kratern zwischen 50 und 500 um liegt, der Innendurchmesser der Krater zwischen 20 und 250 um liegt, und die Rauhigkeit der texturierten Arbeitswalze bei dem Kaltreduzierungs-Walzwerk zwischen 0,4 und 8,0 um liegt.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzwerk ein umkehrbares Walzwerk ist, das nur ein Arbeitswalzen-Gerüst aufweist, das mehrere Schritte des Walzvorgangs ausführt, wobei die Arbeitswalzen vor dem letzten Schritt des Reduzierungsvorgangs gegen texturierte Arbeitswalzen ausgetauscht werden, von denen mindestens eine eine Textur aus einem Oberflächenmuster hat, das aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzwerk ein Tandemwalzwerk ist, das mehrere Gerüste aufweist, wobei nur das letzte Gerüst mindestens eine texturierte Arbeitswalze aufweist, die eine Textur aus einem Oberflächenmuster hat, das aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, wobei der Reduzierungsvorgang in einer Sequenz ausgeführt wird.

14. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch ein Nachwalzwerk mit mindestens einem Arbeitswalzenpaar aufweist, wobei mindestens eine Walze des Arbeitswalzenpaars des Nachwalzwerks eine Textur aus einem Oberflächenmuster hat, das aus einem gleichmäßigen, zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, von denen jeder die Form eines Kraters mit einem Rand darum herum hat.

15. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 11-14, dadurch gekennzeichnet, daß beide Walzen des Arbeitswalzenpaars bei dem Tandemwalzwerk oder dem umkehrbaren Walzwerk und/oder dem Nachwalzwerk einer Texturierung mit dem Oberflächenmuster unterworfen werden, das aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht.

16. Metalltafel oder Metallstreifen, die durch das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-10, oder mit der Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 11-15 erhalten werden, und die eine Textur aus dem Oberflächenmuster haben, das aus einem gleichmäßigen, zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht, von denen jeder die Form einer Vertiefung hat, die einen Vorsprung oder eine Spitze umgibt, wobei das bei einem Profil gemessene Leistungsspektrum für eine Wellenlänge über 800 um eine Leistungsdichte von weniger als 0,2 um² hat.

17. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnung bei dem Test gemäß der Euronorm EN10002-1 kleiner als 10% ist.

18. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte mindestens 80 Rockwell B beträgt.

19. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 16-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit der Metalltafel oder des Metallstreifens zwischen 0,3 und 2, 5 Um, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2,0 um, liegt.

20. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 16-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Breite zu Tiefe der Vertiefung bei der Tafel oder dem Streifen mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3, beträgt.

21. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Vorsprungdurchmesser zu Vorsprunghöhe größer als 3, vorzugsweise größer als 4, ist.

22. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 16-21, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zu den zwei nächsten Vorsprüngen oder Spitzen zwischen 50 und 550 um, vorzugsweise zwischen 130 und 320 um, liegt, bei einer Höhe der Vorsprünge zwischen 0 und 30 um.

23. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 16-22, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Vertiefung zwischen 20 und 250 um, vorzugsweise zwischen 50 und 180 um, liegt, obwohl die Breite der Vertiefung in dem Bereich von 4-100 um, vorzugsweise in dem Bereich von 10-75 um, liegt, und die Tiefe der Vertiefung in dem Bereich von 0-50 um, vorzugsweise in dem Bereich von 5-30 um, liegt.

24. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 16-23, dadurch gekennzeichnet, daß sie keine innere Spannung an der Oberfläche haben.

25. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 16-24, dadurch gekennzeichnet, daß eine stochastische Rauhigkeit das zweidimensionale, determinierte Muster von Punkten teilweise bedeckt.

26. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 16-25, dadurch gekennzeichnet, daß eine unideterminierte Rauhigkeit das zweidimensionale, determinierte Muster von Punkten teilweise bedeckt.

27. Metalltafel oder Metallstreifen gemäß irgendeinem der Ansprüche 16-25, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine endgültige gemischte Textur aus zwei Populationen von Texturen haben, die ein Oberflächenmuster haben, das aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten besteht.

23. Verwendung des Prozesses gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-10, oder der Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansnrüche 11-15 zum Texturieren von Tafeln oder Streifen aus Stahl, rostfreiem Stahl, Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

29. Verwendung des Prozesses gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-10, oder der Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 11-15 zum Texturieren von Tafeln oder Streifen, die danach mit einer metallischen oder organischen Schicht beschichtet werden.