用於噴漆的鋼板及其加工方法
2023-06-04 03:43:56
專利名稱:用於噴漆的鋼板及其加工方法
本發明是關於噴漆用的鋼板，如冷軋鋼板，熱鍍鋅鋼板或電鍍鋼板等，這類鋼板用來壓力成形製造汽車的外面板或電器設備的裝飾外罩，在成形以前或成形以後進行噴漆。本發明也關於加工這種鋼板的方法。
作為噴漆鋼板的一個例子，冷軋薄板通常是將冷軋鋼板按照脫脂、退火和平整這個順序進行加工。在這種情況下，平整這道工序是為了改善鋼板在壓力成形時的防粘結性能，平整就是用毛面的工作軋輥對鋼板進行小壓下量軋制，使鋼板表面具有適當的粗糙度。
作為將平整機工作軋輥弄毛的方法在實際生產中已經採用噴丸打毛的方法及放電加工方法。在按照這些方法將平整機工作軋輥弄毛的時候，在工作軋輥表面上形成不規則的粗糙外形，結果在平整以後就會使鋼板產生粗糙表面，在鋼板表面上出現一些不規則的凸起和凹下部分，如圖1或圖2所示。當這種表面粗糙的鋼板進行壓力成形時，潤滑油就會聚積在凹下部分從而減少壓力機模具與鋼板之間的摩擦力，因此使壓力成形過程容易進行，而由模具上摩擦力分離出來的金屬粉末收集在凹下部分以防止粘結。
近來，噴漆後的表面觀感質量已成為小轎車和卡車車體的一項非常重要的質量控制項目，因為汽車綜合質量的好壞可以從表面質量直接反映到用戶的眼中。目前，有幾種用來評價噴漆表面好壞的項目。其中特別重要的是噴漆表面的無規則反射要少，表面光澤好，同時映象的變形要小，映象清晰度高。通常，光澤度和映象清楚程度綜合起來稱做映象清晰度。
大家知道，噴漆鋼板的映象清晰度好壞取決於噴漆的種類和噴漆方法，但是還受到作為底板的鋼板表面粗糙度的很大影響。這就是說，當鋼板表面上平坦部分所佔比例較小，不平程度較大的時候，噴漆鋼板表面上平坦部分所佔比例就小，不平程度就大，因此對光線的不規則反射就會破壞鋼板的光澤度，同時也會因為映象變形而使映象清楚程度變壞，從而使其映象的清晰度降低。
通常，鋼板表面的粗糙度是由中心線平均粗糙度Ra來表示。另外，如大家所知，當中心線平均粗糙度Ra增大的時候，凸起部分和凹下部分之間的幅度就隨之加大，從而使噴漆鋼板表面的不平程度加大，因而降低了映象的清晰度。
已經發展了幾種不同的方法用來評價映象的清晰度。其中一種方法是用Hunter Associates試驗室製造的一種Dorigon儀器測量的數值來進行評價，或者說用一個所謂的DOI數值來評價，這是使用最普遍的方法。DOI數值可用DOI＝100×(Rs-R0.3)/Rs來表示，式中Rs是指相對於一個試樣S來說，當光線以入射角30°進入而以反射角30°反射時的反射光線的強度，R0.3是指在反射角30°±0.3°時，散射光線的強度。表示映象清晰度的DOI數值與中心線平均粗糙度Ra之間的關係示於圖4和圖5中。圖4所示是在用普通噴丸方法弄毛的工作軋輥進行平整的鋼板上噴漆兩層，厚度為55微米的情況，而圖5所示是在用同樣方法加工的鋼板上噴漆三層，厚度為85微米的情況。從圖4和圖5可以看出，中心線平均粗糙度Ra增大，DOI數值減小，則映象的清晰度就變壞。
當鋼板是用按照普通噴丸方法或放電加工方法弄毛的工作軋輥進行平整的時候，鋼板表面就會出現前面所講的由不規則凸起和凹下部分形成的粗糙表面，其中平坦部分很少。在具有這種不規則凸起和凹下部分的鋼板表面上進行噴漆，由於漆層是沿著凸起和凹下部分的斜面形成的，所以在噴漆表面上平坦部分所佔比例很小，如後面將要提到的圖33所示，因此映象的清晰度不好。在普通的噴丸方法或放電加工方法中，這個問題是不可能避免的，因此也就很難使噴漆鋼板表面具有良好的映象清晰度。
在上述的這種情況下，本發明的目的就是要提供一種映象清晰度得到改進的鋼板，改進的辦法是改善鋼板表面粗糙的形狀以減少表面噴漆後的不平程度，同時增加噴漆表面上平坦部分所佔的比例，從而提高對光線的反射率，減小映象的變形，同時要提供一種能夠生產這種表面粗糙形狀得到改善的鋼板的方法。換句話說，本發明的目的是要提供一種映象清晰度比普通方法好得多的鋼板，而無需改變通常所使用的漆料和噴漆方法，同時要提供一種生產這種鋼板的方法。
發明人已經對雷射處理方法進行了各種不同的研究，這是與普通用來將平整機工作軋輥弄毛的方法不相同的，在研究中發現，當採用雷射方法將工作軋輥弄毛，然後用來平整鋼板的時候，造成鋼板表面粗糙的凸起部分變得平坦了，同時在凹下部分也有這麼多的一部分變成平坦部分了。平坦部分的增加意味著噴漆鋼板的最外漆層變得平坦了。這也就是說，可以認為，同普通噴漆方法或放電加工方法所得到的鋼板的不規則粗糙表面相比，光線的不規則反射減小了，因此映象清晰度得到了改善。
發明人還進一步做了些試驗，並且發現鋼板的表面粗糙形狀最能改進噴漆鋼板噴漆後的映象清晰度，這也是本發明的結果並已經完成。
根據本發明的第一方面，對要噴漆的鋼板，其特徵在於上述鋼板的中心線平均表面粗糙度Ra是在0.3-3.0微米這一範圍內，上述表面粗糙的顯微形狀是由梯形的凸起部分和槽形凹下部分組成的，凸起部分具有平坦的頂部，而凹下部分是在凸起部分整個外圍或其一部分的外圍，此外還包括在凸起部分之間，在凹下部分外圍所形成的中間平坦部分，這些中間平坦部分高於凹下部分的底部而低於或等於凸起部分的頂面，同時滿足下列的關係0.85≤Sm/D≤3.0Sm-D＜450(微米)30≤d0≤500(微米)20≤η≤95(%)式中Sm是相鄰凸起部分之間的平均中心距離，D是凹下部分外圓周的平均直徑，d0是凸起部分平坦頂部的平均直徑，η是凸起部分的平坦頂部面積和中間平坦部分的平坦表面面積之總和與鋼板總面積之比。
根據本發明的第二個方面，噴漆鋼板的加工方法是將平整機工作軋輥表面弄毛，毛面由細小的火山口狀的凹下部分和環狀的凸起部分組成，這些凸起部分是在凹下部分外圓周的邊緣上突起的，相鄰凹下部分之間的平均中心距離(Sm)與凸起部分外圓周邊直徑(D)之比值等於0.85～3.0，而Sm與D之差小於450微米，通過用密集性高的能功將軋輥表面弄毛，然後用這樣一對軋輥，其中至少有一個是用上述方法弄成毛面的軋輥進行平整，平整時的壓下量不小於0.3%以便將毛面軋輥上的花紋壓到鋼板的表面上。
作為密集性高的能源，雷射是最好的，但也可以使用等離子流和電子束。
利用平整工序弄毛的鋼板一般可以用冷軋鋼板，但是也可以採用表面經處理的鋼板，這些鋼板先進行熱鍍鋅或電鍍鋅，也可以採用熱軋鋼板。
下面簡要說明一下附圖本發明將參照這些附圖加以說明。
圖1所示是通過使用普通放電加工方法弄毛的工作軋輥粗糙表面的三維形狀。
圖2所示是通過使用普通噴丸方法弄毛的工作軋輥粗糙表面的三維形狀。
圖3是測量DOI數值來評價映象清晰度的示意圖。
圖4和圖5所示是用噴漆方法弄毛的工作軋輥平整的鋼板的中心線平均粗糙度Ra與噴漆後DOI數值之間的關係。圖4為兩層噴漆的情況，而圖5為三層噴漆的情況。
圖6所示是按照本發明用雷射作為密集性高的能源將工作軋輥表面弄毛後的局部剖面圖示意。
圖7所示是用雷射脈衝弄毛的工作軋輥的粗糙表面形狀的示意圖。
圖8為圖7的平面圖。
圖9所示是用圖6～8所示的工作軋輥對鋼板進行平整時的情況，這是平整加工時的剖面示意圖。
圖10所示是按圖9平整加工以後的鋼板的粗糙表面形狀的斷面示意圖。
圖11所示是圖10的平面圖。
圖12a所示的曲線表明用普通噴丸方法弄毛的工作軋輥表面上凸起部分高度的分布情況。
圖12b所示的曲線表明用普通放電加工方法弄毛的工作軋輥表面上凸起部分高度的分布情況。
圖13所示是用通過普通方法弄毛的工作軋輥進行平整的鋼板的表面狀況。
圖14a所示的曲線表明用普通噴丸方法弄毛的工作軋輥平整後的鋼板粗糙表面上斜面角的分布情況。
圖14b所示的曲線表明用雷射方法弄毛的工作軋輥平整後的鋼板粗糙表面上斜面角的分布情況。
圖14c所示的曲線表明用拋光後不經弄毛的所謂光面軋輥平整後的鋼板表面上斜面角的分布情況。
圖15所示是圖14中所講的斜面角的定義的示意圖。
圖16所示是平整機工作軋輥粗糙表面以及鋼板粗糙表面形狀各部分尺寸的定義。
圖17所示是平坦部分面積比η(＝η1+η2)的定義說明示意圖。
圖18所示是粗略計算工作軋輥和鋼板表面粗糙形狀的示意圖。
圖19中的曲線表示平整時的壓下量λ與粗糙度傳遞比h2/l之間的關係。
圖20中的曲線表示鋼板表面上平坦部分的面積比η與平整壓下量λ之間隨Sm/D數值變化的關係。
圖21中的曲線表示鋼板表面上平坦部分的面積比η與三層噴漆後的DOI數值之間的關係。
圖22a-圖22c所示是當Sm/D變化時，鋼板表面上平坦部分的粗糙形狀的變化情況示意圖。
圖23所示是當Sm/D比值過大時，工作軋輥和鋼板表面上顯微粗糙形狀的斷面示意圖。
圖24所示是當圖23中的鋼板在壓力成形時的示意圖。
圖25所示是隨著(Sm-D)2的變化，壓力成形試驗中的粘結限度曲線。
圖26所示的曲線表明隨著Sm/D的變化，壓力成形試驗中的粘結限度曲線。
圖27所示是中間平坦部分的密度示意圖。
圖28a-圖28c中的示意圖表示當Sm/D比值在0.85左右變化時，用雷射方法弄毛軋輥時的情況。
圖29所示是鋼板表面上凸起部分頂面直徑與Sm/D比值之間的關係。表示出一個適當的區域。
圖30表示λ，η和Sm/D的適當的區域。
圖31中的曲線表示鋼板中心線平均粗糙度Ra與三層噴漆後的DOJ數值之間的關係。
圖32所示是用雷射方法弄毛的工作軋輥平整的鋼板上所形成的塗層的三維粗糙度。
圖33所示是用普通噴漆方法弄毛的工作軋輥平整過的鋼板上所形成的塗層的三維粗糙度。
圖34所示是用雷射方法弄毛的工作軋輥平整過的鋼板表面粗糙的三維形狀示意圖。
本發明將詳細說明如下〔1〕用雷射方法將工作軋輥表面弄毛將一個平整機工作軋輥表面用一種密集性高的能源如雷射弄毛，方法如下。
雷射脈衝射到迴轉的工作軋輥的表面上，在雷射能的作用下軋輥表面依次地有規律地被熔化，在軋輥表面上形成有規律的火山口形狀的凹下部分。圖6所示的剖面圖表示弄毛的工作軋輥的一部分表面，圖中1表示火山口形狀的凹下部分(以下簡稱凹下部分)，在工作軋輥3的表面上形成這樣的凹下部分。軋輥基本金屬熔化後從軋輥表面6上隆起，形成一個圍繞凹下部分1的環狀凸緣形隆起部分2(以下簡稱凸緣部分)。此外，火山口1內壁部分及凸緣部分2是軋輥基本金屬部分4的熱影響區。
現將用雷射弄毛的方法詳細說明如下。
用雷射方法在工作軋輥表面上弄的火山口1的深度和直徑是由所用雷射的強度以及照射的時間決定的，這樣就給出一個確定粗糙度的量與通過普通噴丸方法弄毛的工作軋輥的表面粗糙度Ra相對應。
被雷射加熱的軋輥基本金屬，由於雷射照射能量密集而立即變成金屬蒸汽。在這種情況下，熔化的金屬被所產生的蒸汽壓力從軋輥表面吹走，形成火山口1，而被吹走的熔化金屬又貼附在火山口1的周圍而形成圍繞火山口1的凸緣部分2。如果用氧氣或其他類似氣體來吹反應的地方，這一系列的反應還會進行得更為有效一些。
工作軋輥一面迴轉一面用雷射脈衝有規律地照射，就會形成上述的火山口1，而所形成的這些火山口一起使工作軋輥得到粗糙的表面。工作軋輥表面的粗糙狀況如圖7和圖8所示。從圖7和圖8可以看出，在相鄰火山口1之間的凸緣2外邊有一個平坦部分6，與軋輥原始表面相對應。此外，相鄰火山口之間的相互距離可以通過控制雷射脈衝頻率及軋輥在其迴轉方向的迴轉速度來加以調節，同時還可以通過控制雷射在軋輥軸向的照射位置的移動距離來進行調節。
雖然本發明是按照使用雷射作為密集性能源進行說明的，但在使用等離子或電子束作為密集性能源時也會得到相同的結果。
〔2〕通過平整將毛面壓到鋼板上鋼板，如冷軋鋼板在經過退火或類似熱處理以後，要用通過雷射方法弄毛的工作軋輥以不大的壓下量進行平整加工，在平整過程中工作軋輥表面上所形成的粗糙形狀都壓到鋼板的表面上，從而使鋼板得到粗糙的表面。
如果在顯微鏡下觀察平整過程中的鋼板表面，如圖9所示，就可以看到，在工作軋輥3表面上的處於火山口1周圍的凸緣2具有基本上均勻的高度，這個凸緣2在軋制壓力作用下壓到鋼板7的表面中，從而產生局部的金屬塑性變形，使鋼板表面部分的比軋輥3材質軟些的金屬產生流動，結果鋼板7的部分金屬流動到軋輥3的火山口1中，而使鋼板表面粗糙化。在這種情況下，向火山口1內隆起的鋼板部分的頂面8變成平坦表面，就象原始的鋼板表面那樣，而鋼板的一部分9受到工作軋輥3的相鄰火山口1之間凸緣2以外的那個平面部分6的壓軋仍然保持平坦，並且前面一個平坦表面8要高於或者等於後一個平坦表面9。所以，如圖10和圖11所示，鋼板7經過平整加工後的粗糙表面的顯微形狀將包括梯形的凸起部分10，槽形的凹下部分11及中間的平坦部分9，凸起部分具有平坦的頂面8，凹下部分環繞凸起部分形成，而中間平坦部分是在相鄰凸起部分10之間、凹下部分11的外面形成的，這樣，中間平坦部分9就高於凹下部分11的底部而低於或等於凸起部分10的頂面。
如上所述，鋼板經過平整以後，鋼板表面由凸起部分10的頂面8和中間平坦部分9組成的平面部分佔鋼板表面的比例增加了，而凸起部分10與凹下部分11之間的斜面部分13卻大大減小了。
與此相反，就使用噴丸方法或放電加工方法弄毛的工作軋輥而言，軋輥表面的粗糙情況有很多不同的凸起高度，其分布情況如圖12a或圖12b所示，類似於正態分布。在這種情況下，軋輥3的表面粗糙形狀與鋼板7的原始表面粗糙形狀合併起來，軋輥3上的凸起部分侵入到鋼板7的表面中去，如圖13所示，這樣一來，鋼板7在平整加工以後，凸起部分與凹下部分之間的斜面部分的比例將顯著增加。所以，用普通的技術所形成的表面粗糙形狀與用雷射方法弄毛的工作軋輥進行平整的鋼板是完全不同的。
圖14a所示是用普通噴漆方法弄毛的工作軋輥平整後的鋼板粗糙表面上斜面角的分布情況。斜面角(θ)的定義如圖15所示。由於代表映象清晰度的DOI數值是由以30°±0.3°反射角的散射光線與反射光線之比來表示，如前所述，那麼當具有斜面角θ，其公差為±0.3°的凹下部分的這一比值大的時候，就可以設平坦度是好的。不過，對於圖14a中的情況來說。tanθ≤±0.3°的佔有比例僅僅為14%。相反，當鋼板是用通過雷射方法弄毛的工作軋輥進行平整的話，這個佔有比例為26%，這個數值更接近光面鋼板的佔有比例36%，比較圖14b與圖14c就可以看出這一點。因此，本發明可以得到較好的平坦度。
〔3〕工作軋輥粗糙表面及平整鋼板粗糙表面形狀各部分尺寸的定義用上述雷射方法弄毛的工作軋輥粗糙表面形狀及平整鋼板粗糙表面形狀各部分尺寸，參照圖16定義如下D軋輥表面上凸緣部分的外圓平均直徑，或鋼板表面上凹下部分的外圓平均直徑。
d軋輥表面上火山口1的平均直徑。
d0鋼板表面上凸起部分10平坦頂面8的平均直徑。
H軋輥表面上火山口1的深度。
h1軋輥表面上的凸緣2的高度，或鋼板表面上從中間平坦部分9平面到凹下部分11底部的深度。
h2鋼板表面上的凸起部分10，從平坦頂面8到中間平坦部分9的高度。
Sm軋輥表面上相鄰兩個火山口1之間的平均中心距，或鋼板表面上相鄰凸起部分10之間的中心距。
α軋輥表面上的凸緣2的寬度。
〔4〕平整鋼板的平坦部分對面積比η的影響軋輥粗糙表面形狀及平整加工的條件對於平整後鋼板平坦部分的面積比η的影響，可以用前面所講的數據來加以考核。
平坦部分的面積比η由兩個面積佔有比例η1和η2的總和來表示，η1是凸起部分10平坦頂面8的面積佔有比例，而η2是中間平坦部分9的面積佔有比例，即η＝η1+η2……(1)此外，面積佔有比例η1的數值將隨平整時的壓下量變化，因為鋼板金屬流入火山口1中去的程度是隨平整壓下量的變化而變化的，因此凸起部分10的平坦頂面8的直徑d0也隨著發生變化。另一方面，面積佔有比例η2卻按照Sm/D的數值保持一個常數。
比值Sm/D處於下式(2)所規定的範圍內，這一點後面還要提到0.85≤Sm/D≤3.0 ……(2)另外，η1可由公式(3)來確定，d0與d成正比關係，如下列公式(4)所示，而η2則按照下列公式(5)由Sm/D的數值來確定η1＝π(d0/Sm)2/4 ……(3)d0＝Kd ……(4)η2＝1-π(D/Sm)2/4+a｛(D/Sm)2Cos-1(Sm/D)-(D/Sm)2-1]]>｝ ……(5)在公式(5)中，當Sm/D≥1時，a＝0，而當Sm/D＜1時，a＝1。把這些數值代入公式(2)和(5)中，η2就在下列公式(6)所規定的範圍內0.06＜η2＜0.95 ……(6)至於每一種軋輥和鋼板的粗糙表面形狀的斷面，當採用圖18中的X坐標和Y坐標時，假設火山口1的斷面形狀為Y＝CosX，就可以在d＝π，cos d0/2＝h2的情況下得出下列的方程式(7)和(8)cos d/2＝0 ……(7)d0＝2cos-1h2……(8)現在，通過火山口1傳遞到鋼板上的凸起部分10的高度h2與火山口1的深度H之間的比值，可以稱作為粗糙度傳遞比。在上面所講的這一實施例中，火山口1的深度H等於1，因此粗糙度傳遞比為h2/l或h2。
粗糙度傳遞比h2/1或凸起部分10的高度h2與平整加工時的壓下量有關，如下列公式所示h2＝f(λ) ……(9)這一關係是從下面的試驗中確定的。
一張粗糙度Ra為0.38微米的厚度為0.32毫米的SPCC鋼板以不同的壓下量λ用直徑為200毫米的工作軋輥進行平整，軋輥的硬度為Hs 94，用雷射方法將其弄毛，達到Ra等於3.54微米。試驗得到的結果示於圖19中。
從圖19中可以看出，粗糙度傳遞比h2/l在壓下量λ增加到大約1.5%以前是直線增加的，當壓下量λ超過1.8%以後就開始停滯了。
d0，K和K2的數值是按照圖19中所得結果計算出來的，其結果列在表1中。
表1
當軋輥是用雷射弄毛，以得到平常壓力成形時冷軋鋼板同樣的平均粗糙度Ra＝1.0-3.0微米，火山口之間凸緣的寬度α大約為0.09×D。所以，d可以用下列公式(10)來表示d＝0.82D ……(10)把公式(10)代入前面的公式(4)中，得到d0＝0.82KD ……(11)這樣，公式(3)將變成下面的式子η1＝π(0.82KD/Sm)2/4＝0.528K2(D/Sm)2……(12)從上列公式(5)，(6)和(12)以及表1中的數據，平坦部分的面積比η列在表2中。把這些面積比η的數據按照Sm/D的數值表示在圖20中。另外，這一關係可以歸納成下列的方程式(13)η＝η1+η2＝0.5281K2(D/Sm)2+1-π/4(D/Sm)2+a{(D/Sm)2cos-1(Sm/D)-(D/Sm)2-1]]>}……(13)從圖20中可以清楚看到，平坦部分的面積比隨Sm/D比值有很大的變化。另外，η也隨平整時的壓下量λ而變化。特別是當Sm/D較小的時候，η更會受到壓下量λ變化的影響。
表2(a)
表2(b)
〔5〕平整時壓下量的下限如上所述，平整時的壓下量λ對面積比η有影響，但是如果壓下量λ太小的話，平整本身會失去穩定，同時也難以將鋼板壓毛。發明人已經發現，當平整時的壓下量不小於0.3%的時候就有可能得到毛面鋼板。所以說，平整時壓下量λ的下限為0.3%。
〔6〕平坦部分的面積比η的下限在用雷射方法將平整機工作軋輥弄毛的時候，要改變Sm，D，d以及壓下量λ這些數值，以便得到具有不同平坦部分面積比η的鋼板(Ra約為1.5微米)。在塗三層漆的鋼板表面上噴了一層黑漆以後，測量噴漆表面的DOI數值，所測得的結果示於圖21中。
從圖21中可以看到，當面積比η增大時，DOI數值也隨著增加，因此使映象清晰度得到改善。一般來說，希望DOI的值不小於94以便得到令人滿意的觀感良好的汽車車體。為此，面積比η最好不小於35%。不過，如果不需要那麼好的觀感，則面積比η不小於20%也就可以了。因此，η的下限為20%。
〔7〕 Sm/D，Sm-D和η的上限軋輥表面粗糙形狀的有關尺寸如D，Sm，H和其他尺寸(在〔3〕部分中給出了這些尺寸的定義)可以通過調整工作軋輥表面弄毛的條件來加以改變，也就是調整用雷射方法將平整軋輥弄毛的各個條件，比如軋輥的迴轉次數，雷射脈衝的頻率，雷射的輸出功率，雷射照射點的移動速度以及雷射照射時間等，另外或者還有氧氣或其他類似氣體吹的條件，如上所述。如果想對通常可變形的冷軋鋼板進行平整，可以採用雷射將工作軋輥弄毛，使其Ra為0.5～5微米，工作軋輥表面上的凸緣寬度大約為20-40微米，凸緣高度大約為5～30微米。
鋼板表面上所形成的粗糙形狀，按照Sm/D數值的不同得到三種不同的形式，如圖22a，圖22b和圖22c所示。這就是說，當Sm/D＝1的時候，相鄰的凹下部分11正好相互接觸在一起，如圖22a所示。當Sm/D＞1的時候，相鄰的凹下部分11相互分離，如圖22b所示。而當Sm/D＜1的時候，相鄰的凹下部分11相互搭接在一起，如圖22c所示。
因此，通過改變Sm/D的數值就可以得到各種不同的表面粗糙度形狀。在這方面，可以用雷射的方法製備出具有不同Sm/D值的平整機工作軋輥，然後就可以使用這些工作軋輥，以適當的壓下量對退火後的冷軋鋼板進行平整，以得到所需要的粗糙表面。以後，用這種毛面鋼板進行壓力成形試驗和噴漆試驗，從這些試驗中得到下面的結果。
當鋼板7用圖23所示的工作軋輥3進行平整的時候，由於軋輥的Sm/D數值相當大，因此在鋼板表面上相鄰凸起部分10之間的中間平坦部分9的面積就太大了。結果，當這樣的鋼板在進行壓力成形時，如圖24所示，壓力成形過程中落在較寬的中間平坦部分9上面的金屬碎屑13就很難匯集在凹下部分11中，而是留在壓力機模具14與中間平坦部分9之間。另外，Sm/D這一數值相當大還意味著用來儲存潤滑油的凹下部分11相對地減小了，因此會引起潤滑不良。所以，當Sm/D數值太大的時候，在壓力成形時就容易出現粘結現象。
此外，從下面的原因來說，也需要對中間平坦部分9的寬度或對Sm-D的絕對值加以控制。
用雷射方法在軋輥表面上所形成的凸緣尺寸，即寬度α和高度h1與火山口1處的一部分金屬被雷射熔化，在其周圍隆起並且再凝固下來的這一過程有關。如果D的數值大，則α和h1也會增大。這就是說，當D數值大的時候，壓力成形時儲存潤滑油的能力以及匯集金屬碎屑的能力也都增大，而這對防止粘結是很重要的。不過，這種效果僅限於所加工的鋼板表面上溝槽之類能夠收集剝落金屬碎屑的凹下部分是位於壓力機模具和金屬之間的相對滑動的一段長度上，在這個長度上剝落金屬碎屑逐漸沉積，最終引起粘結。為了滿足這一要求，就必須使中間平坦部分的寬度的絕對值(Sm-D)小於一定的數值。
從上述試驗中發明人發現，對於可成形性不太好的鋼板來說，在壓力成形過程中並不經常出現粘結，如圖26(O，△，g0，X)所示，這種鋼板用作汽車的外面板，要求特別好的映象清晰度，由於在壓力成形時的變形比在10%以內，除非Sm/D數值超過了3.0，一般是不會有粘結現象發生的。
如前所述，可以用氧氣等氣體吹的辦法使被雷射熔化的金屬從軋輥表面上隆起，在火山口的周圍形成軋輥表面上的凸緣。在這種情況下，凸緣不必一定呈圓形，由於所吹的氣體有點不均勻或氣體的流量有些波動都會使凸緣不是完整的圓形，凸緣的一部分被切掉了。所以，用這種凸緣不完整不規則的工作軋輥平整的鋼板表面上，有一部分凸起部分的周圍沒有被凹下部分包圍，這樣會使η值增大，從而使映象的清晰度得到改善。用這樣的鋼板又進行上面所講的試驗，所得的結果示於圖26中(O，▲和井)，從這些結果來看，凸起部分完全被凹下部分包圍起來以及凸起部分只有一部分被凹下部分包圍起來這兩種情況對於壓力成形性並沒有多大的區別。
另外，還發現中間平坦部分9的絕對值(Sm-D)要求小於450微米以便防止經常出現粘結現象，如圖25中曲線所示。這些試驗所得出的結果都列在表3中，其中(Sm-D)1和(Sm-D)2的定義分別表示在圖27中。
如前面圖20所示，Sm/D的數值與鋼板表面平坦部分的面積比η有關，根據上面所做的試驗，當面積比η超過95%的時候就會經常出現粘結，如表3中的數據所示。
因此，按照本發明，Sm/D的上限是3.0，面積比η的上限是95%，而(Sm-D)的上限是小於450微米，這樣就不致引起鋼板粘結，並可得到良好的壓力成形性能。
表3
〔8〕Sm/D的下限當Sm/D這一比值小於0.85的時候，通過密集性高的能源如雷射等對工作軋輥進行弄毛的操作將是不穩定的，並且Ra也很難控制。另外，在平整過程中工作軋輥表面粗糙度也會發生明顯的變化，同時，從軋輥粗糙表面上剝落下來的軋輥碎屑也容易引起壓痕。這是由於下面所講的原因所致。
一般來說，相對於凸緣的外圓直徑D來說，所形成的凸緣的寬度α是在α＝0.1～0.3D這個範圍內，以便能夠在進行壓力成形的時候儲存潤滑油和匯集剝落下來的金屬碎屑。當Sm/D大於1的時候，相鄰的凸緣2將相互分離，如圖28a所示，而當Sm/D小於1的時候，相鄰凸緣2就會相互搭接在一起。另外，當α＝0.3D及Sm＝0.85D的時候，相鄰火山口那裡產生的熔化金屬就會落在前面已形成的凸緣2的上面，如圖28b所示，這樣，最後形成的凸緣2的高度h1就幾乎等於沒有堆積熔化金屬前的二倍。
再說，當Sm＜0.85D(α＝0.3D)時，熔化的金屬將從相鄰的火山口流到前面已形成的火山口那裡，如圖28c所示，這樣一來，火山口1的深度H，凸緣的高度h1和寬度α都會發生變化。這樣，當熔化金屬流到已經在火山口那裡凝固的金屬上的時候，在前面已凝固的一層金屬與後面凝固的一層金屬之間就會有一個明顯的分界，在外力作用下這兩層金屬都容易分離，而這就會導致平整時產生壓痕的問題。
從上述事實中可以得出，Sm/D的下限應該是0.85。
〔9〕鋼板表面上凸起部分的平坦頂面的直徑d0構成鋼板顯微表面粗糙形狀的凸起部分10的平坦頂面8是在壓力成形時承受壓力負荷的平面，這對應於所謂的承壓面積。
隨著頂面8的直徑d0的增大，這一平坦頂面的面積也變大了，而這就會增加粘結的趨勢，就象前面所講的Sm/D和η增大的情況一樣(前面第〔7〕部分)。發明人從試驗中發現，當d0超過500微米的時候就容易引起粘結。另外，要想得到頂面直徑d0大於500微米的較大的頂面8，就必須在軋輥表面上形成直徑較大的火山口1。為此，形成火山口所需要的雷射脈衝發射能量就必須加大，這就要使用一個具有輸出功率相當大的雷射發生器，或者是降低軋輥的迴轉速度以延長雷射照射的時間。這樣做不僅在經濟上不利，而且會降低整個處理的效率和可靠性。因此，d0的上限應該定為500微米。
在另一方面，如果凸起部分10的頂面直徑d0太小，那麼在壓力成形的時候，這些凸起部分10就容易被壓縮應力和剪切應力破壞，形成大量的金屬碎屑，而這也容易引起粘結。發明人已經確認，當d0小於30微米時就容易引起粘結。因為隨著d0的減小，D的數值也不得不減小，所以，Sm本身的數值也必須減小以便滿足在前面第〔7〕部分所講的條件Sm/D≤3.0(當d0減小時)。這也就是說，軋輥表面上火山口之間的距離必須減小。為此，在用雷射照射時，軋輥的迴轉次數必須大大減少，或者將雷射脈衝的頻率大大提高，而這樣做是很不經濟的。由於這些原因，凸起部分10的平坦頂面8的直徑d0不能小於30微米。
在本發明中，頂面8的直徑平均都在30～500微米的範圍之內。實事上，在用雷射等密集性高的能源弄毛的工作軋輥進行平整的情況下所形成的凸起部分10，其平坦頂面8並不總是圓形的，而常常變成橢圓形或不規則的形狀。因此，在後面這種情況下，最好使頂面的長軸長度的平均值不超過500微米，而其短軸的平均值不小於30微米。當然，最合適的情況是使所有頂面的長軸最大值不超過500微米，而使所有頂面的短軸最小值不小於30微米。
〔10〕鋼板的中心線平均表面粗糙度Ra按照本發明，最重要的是按前面所講的辦法控制形成鋼板粗糙表面的顯微形狀，同時，控制鋼板表面的粗糙度也是重要的。
既使粗糙表面的顯微形狀按上面所講的進行控制，如果中心線平均粗糙度Ra超過了3.0微米，噴漆後的映象清晰度仍然不夠好，如果Ra小於0.3微米，則在壓力成形時就容易出現粘結。因此，Ra應該在0.3～3.0微米這個範圍內。Ra最好是不超過2.0微米，以便使DOI數值不小於94得到良好的映象清晰度。
如上所述，為了使通過用雷射等密集性高的能源弄毛的工作軋輥平整的鋼板具有良好的壓力成形性能(或者說能夠防止粘結現象)並且具有汽車所要求的噴漆的良好映象清晰度，同時最好DOI值不小於94，就必須使鋼板表面粗糙形狀能滿足以下的條件(ⅰ)平坦部分面積的總和(凸起部分的頂面及中間平坦部分)與總面積之比(平坦部分的面積佔有比，η)不小於20%(最好是不小於35%)，但又不能大於95%;
(ⅱ)凸起部分之間的平均中心距Sm與凹下部分外圓平均直徑D之比(Sm/D)應在0.85～3.0這個範圍內，並且Sm-D應小於450微米，以及(ⅲ)凸起部分頂面的平均直徑d0應在30～500微米這個範圍內。此外，中心線平均粗糙度Ra必須在0.3～3.0這一範圍內。另外，平整時的壓下量需要不小於0.3%。
在上面所講的這些條件中，Sm/D和d0之間的關係連同其合適的範圍以及限制的理由一起都表示在圖29上。另外在圖30中給出了在平整時壓下量入變化的情況下，為使η得到最佳值(20-95%)所能接受的Sm/D的範圍。
下面的例子將用來說明本發明，而不是作為本發明的限制範圍。
用厚度為0.8毫米的冷軋鋼板作為母板，這種鋼板是用具有下列化學成分的鋼板在69.2%的壓下量進行冷軋而成，冷軋後在箱式退火爐中進行退火處理。化學成分0.04%C，0.2%Mn，0.02%P，0.015%S，0.003%N，以及0.005%O。
作為平整用的工作軋輥準備了一個用雷射方法弄毛的軋輥，一個用一般噴丸方法弄毛的軋輥，一個用一般放電加工方法弄毛的軋輥以及一個不經弄毛的光面軋輥。接著，冷軋鋼板用這樣的工作軋輥以0.5～2.5%的壓下量λ進行平整。
光面軋輥的表面粗糙度Ra為0.15微米，而毛面軋輥的表面粗糙度Ra在1.1～5.6微米這一範圍內。對於用雷射方法弄毛的工作軋輥表面粗糙形狀，專門準備了兩種試樣，試樣A的有關數據為0.85≤Sm/D≤1.7，Sm-D≤280微米;50微米≤d≤500微米;35微米≤H≤120微米及h1≈1/3H。
用光面軋輥平整過的鋼板的表面粗糙度Ra＝0.08微米，而用毛面軋輥平整過的鋼板的表面粗糙度Ra＝0.6～2.25微米。尤其是用雷射方法弄毛的軋輥平整過的鋼板，試樣A的表面粗糙形狀具有這樣的數據0.85≤Sm/D≤1.7;Sm-D＜280微米，30微米≤d≤500微米，而試樣B的表面粗糙形狀為1.7≤Sm/D≤3.0;Sm-D＜450微米及30微米＜d≤500微米。
隨後，平整過的鋼板在下列條件下進行磷化處理
處理用的材料用於浸入處理的粒狀磷酸鹽。
浸入處理條件43℃，浸120分鐘。
磷酸鹽層的重量2.3±0.2克/釐米2。
預處理脫脂，水洗，表面調整。
後部處理水洗，淨水清洗，乾燥。
在經過磷化處理以後，在下列條件下進行三層噴漆。
噴漆方式水平底漆陽離子ED漆厚度18-20微米中間一層漆保護層厚度30-35微米麵漆厚度30-35微米另外，在每一次噴漆以後不進行砂紙打磨。
在噴漆以後，用一個Dorigon儀器對噴漆表面的DOI數值進行測量。
測量得到的結果與鋼板的表面粗糙度Ra一起表示在圖31中，其中LD鋼板是指用雷射方法弄毛的工作軋輥平整過的鋼板，EDT鋼板是指用放電加工方法弄毛的工作軋輥平整過的鋼板，SB鋼板是指用噴丸方法弄毛的工作軋輥平整過的鋼板，而光面鋼板是指用不經弄毛的所謂光面軋輥平整過的鋼板。
從圖31中可以看到，LD鋼板的試樣A與EDT鋼板和SB鋼板相比，有大約10～11個點上表示映象清晰度的DOI數值是最好的，而LD鋼板的試樣B在一個點上的DOI數值更好，並且這個數值達到98。
LD鋼板和SB鋼板在噴漆以後的表面粗糙度用三維粗糙度圖分別示於圖32和圖33中，從這些圖中可以看出，LD鋼板(圖32)的噴漆表面要比SB鋼板(圖33)光滑得多。
LD鋼板噴漆以後的三維表面粗糙形狀示於圖34中，可以看到LD鋼板表面上有規則地形成表面粗糙形狀。
如前所述，鋼板噴漆以後表示映象清晰度的DOI數值最好是不小於94。在上面的這個例子中，從圖31可以看得很明顯，當Ra不超過2.0微米的時候，在LD鋼板的試樣A上可以得到不小於94的DOI數值。另外，由於高級小汽車需要最高級的噴漆質量，希望DOI數值不小於98。在這一方面，用LD鋼板的試樣B可以得到DOI數值不小於98，如圖31所示。
此外，從汽車外面板的壓力成形試驗中已經確認，採用LD鋼板的試樣B進行壓力成形的時候，沒有引起粘結，而當Ra小於0.3微米時，壓力成形時會經常出現粘結。
按照本發明的方法進行加工的噴漆鋼板，對改進映象清晰度有明顯作用，而又不會降低壓力成形性能。按照本發明的方法可以在實際生產中得到在噴漆後具有良好映象清晰度的鋼板。
權利要求
1.一種用於噴漆的鋼板，其特徵在於上述鋼板的中心線平均表面粗糙度Ra在0.3～3.0微米這個範圍內，構成上述表面粗糙的顯微形狀包括具有平坦頂面的梯形凸起部分，完全或部分環繞各凸起部分形成的槽狀凹下部分，以及處於各凸起部分之間並在凹下部分外面的中間平坦部分，這一中間平坦部分高於凹下部分的底面而低於或等於凸起部分的頂部，並且滿足下列的關係0.85≤Sm/D≤3.0Sm-D＜450(微米)30≤d0≤500(微米)20≤η≤95(%)其中Sm是相鄰凸起部分之間的平均中心距，D是凹下部分外圓周的平均直徑，d0是凸起部分平坦頂面的平均直徑，而η是凸起部分平坦頂面的面積與中間平坦部分的平面面積之和與鋼板總面積之比。
2.一種用來加工噴漆鋼板的方法，該方法包括用密集性高的能源將平整機軋輥表面弄毛，使工作軋輥表面上有細小的火山口狀的凹下部分及處於凹下部分外圓邊緣上的環狀凸起部分，同時，相鄰凹下部分之間的平均中心距(Sm)與凸起部分外圓邊緣的直徑(D)之比值為0.85～3.0，而Sm與D之差小於450微米，接著用一對工作軋輥，其中至少有一個是具有上述毛面的軋輥，以不小於0.3%的壓下量(λ)對鋼板進行平整，將毛面軋輥上的粗糙花紋傳遞到鋼板的表面上。
3.按照權利要求
2的方法，其中上述密集性高的能源為雷射。
專利摘要
一種噴漆後映象清晰度得到改善的噴漆鋼板，具有這樣的表面粗糙形狀，其中心線平均粗糙度在0.3—3.0微米這一範圍內，其顯微形狀包括滿足特殊的尺寸關係的凸起部分，凹下部分及中間平坦部分。這種鋼板是用一種密集性高的能源將工作軋輥表面弄毛成特定的尺寸，然後以不小於0.3％的壓下量進行平整得到的。
文檔編號C21D9/38GK87100257SQ87100257
公開日1987年8月26日 申請日期1987年1月14日
發明者古川九州男 申請人:川崎制鐵株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan