用于喷漆的钢板及其加工方法

专利名称:用于喷漆的钢板及其加工方法
本发明是关于喷漆用的钢板，如冷轧钢板，热镀锌钢板或电镀钢板等，这类钢板用来压力成形制造汽车的外面板或电器设备的装饰外罩，在成形以前或成形以后进行喷漆。本发明也关于加工这种钢板的方法。
作为喷漆钢板的一个例子，冷轧薄板通常是将冷轧钢板按照脱脂、退火和平整这个顺序进行加工。在这种情况下，平整这道工序是为了改善钢板在压力成形时的防粘结性能，平整就是用毛面的工作轧辊对钢板进行小压下量轧制，使钢板表面具有适当的粗糙度。
作为将平整机工作轧辊弄毛的方法在实际生产中已经采用喷丸打毛的方法及放电加工方法。在按照这些方法将平整机工作轧辊弄毛的时候，在工作轧辊表面上形成不规则的粗糙外形，结果在平整以后就会使钢板产生粗糙表面，在钢板表面上出现一些不规则的凸起和凹下部分，如图1或图2所示。当这种表面粗糙的钢板进行压力成形时，润滑油就会聚积在凹下部分从而减少压力机模具与钢板之间的摩擦力，因此使压力成形过程容易进行，而由模具上摩擦力分离出来的金属粉末收集在凹下部分以防止粘结。
近来，喷漆后的表面观感质量已成为小轿车和卡车车体的一项非常重要的质量控制项目，因为汽车综合质量的好坏可以从表面质量直接反映到用户的眼中。目前，有几种用来评价喷漆表面好坏的项目。其中特别重要的是喷漆表面的无规则反射要少，表面光泽好，同时映象的变形要小，映象清晰度高。通常，光泽度和映象清楚程度综合起来称做映象清晰度。
大家知道，喷漆钢板的映象清晰度好坏取决于喷漆的种类和喷漆方法，但是还受到作为底板的钢板表面粗糙度的很大影响。这就是说，当钢板表面上平坦部分所占比例较小，不平程度较大的时候，喷漆钢板表面上平坦部分所占比例就小，不平程度就大，因此对光线的不规则反射就会破坏钢板的光泽度，同时也会因为映象变形而使映象清楚程度变坏，从而使其映象的清晰度降低。
通常，钢板表面的粗糙度是由中心线平均粗糙度Ra来表示。另外，如大家所知，当中心线平均粗糙度Ra增大的时候，凸起部分和凹下部分之间的幅度就随之加大，从而使喷漆钢板表面的不平程度加大，因而降低了映象的清晰度。
已经发展了几种不同的方法用来评价映象的清晰度。其中一种方法是用Hunter Associates试验室制造的一种Dorigon仪器测量的数值来进行评价，或者说用一个所谓的DOI数值来评价，这是使用最普遍的方法。DOI数值可用DOI＝100×(Rs-R0.3)/Rs来表示，式中Rs是指相对于一个试样S来说，当光线以入射角30°进入而以反射角30°反射时的反射光线的强度，R0.3是指在反射角30°±0.3°时，散射光线的强度。表示映象清晰度的DOI数值与中心线平均粗糙度Ra之间的关系示于图4和图5中。图4所示是在用普通喷丸方法弄毛的工作轧辊进行平整的钢板上喷漆两层，厚度为55微米的情况，而图5所示是在用同样方法加工的钢板上喷漆三层，厚度为85微米的情况。从图4和图5可以看出，中心线平均粗糙度Ra增大，DOI数值减小，则映象的清晰度就变坏。
当钢板是用按照普通喷丸方法或放电加工方法弄毛的工作轧辊进行平整的时候，钢板表面就会出现前面所讲的由不规则凸起和凹下部分形成的粗糙表面，其中平坦部分很少。在具有这种不规则凸起和凹下部分的钢板表面上进行喷漆，由于漆层是沿着凸起和凹下部分的斜面形成的，所以在喷漆表面上平坦部分所占比例很小，如后面将要提到的图33所示，因此映象的清晰度不好。在普通的喷丸方法或放电加工方法中，这个问题是不可能避免的，因此也就很难使喷漆钢板表面具有良好的映象清晰度。
在上述的这种情况下，本发明的目的就是要提供一种映象清晰度得到改进的钢板，改进的办法是改善钢板表面粗糙的形状以减少表面喷漆后的不平程度，同时增加喷漆表面上平坦部分所占的比例，从而提高对光线的反射率，减小映象的变形，同时要提供一种能够生产这种表面粗糙形状得到改善的钢板的方法。换句话说，本发明的目的是要提供一种映象清晰度比普通方法好得多的钢板，而无需改变通常所使用的漆料和喷漆方法，同时要提供一种生产这种钢板的方法。
发明人已经对激光处理方法进行了各种不同的研究，这是与普通用来将平整机工作轧辊弄毛的方法不相同的，在研究中发现，当采用激光方法将工作轧辊弄毛，然后用来平整钢板的时候，造成钢板表面粗糙的凸起部分变得平坦了，同时在凹下部分也有这么多的一部分变成平坦部分了。平坦部分的增加意味着喷漆钢板的最外漆层变得平坦了。这也就是说，可以认为，同普通喷漆方法或放电加工方法所得到的钢板的不规则粗糙表面相比，光线的不规则反射减小了，因此映象清晰度得到了改善。
发明人还进一步做了些试验，并且发现钢板的表面粗糙形状最能改进喷漆钢板喷漆后的映象清晰度，这也是本发明的结果并已经完成。
根据本发明的第一方面，对要喷漆的钢板，其特征在于上述钢板的中心线平均表面粗糙度Ra是在0.3-3.0微米这一范围内，上述表面粗糙的显微形状是由梯形的凸起部分和槽形凹下部分组成的，凸起部分具有平坦的顶部，而凹下部分是在凸起部分整个外围或其一部分的外围，此外还包括在凸起部分之间，在凹下部分外围所形成的中间平坦部分，这些中间平坦部分高于凹下部分的底部而低于或等于凸起部分的顶面，同时满足下列的关系0.85≤Sm/D≤3.0Sm-D＜450(微米)30≤d0≤500(微米)20≤η≤95(%)式中Sm是相邻凸起部分之间的平均中心距离，D是凹下部分外圆周的平均直径，d0是凸起部分平坦顶部的平均直径，η是凸起部分的平坦顶部面积和中间平坦部分的平坦表面面积之总和与钢板总面积之比。
根据本发明的第二个方面，喷漆钢板的加工方法是将平整机工作轧辊表面弄毛，毛面由细小的火山口状的凹下部分和环状的凸起部分组成，这些凸起部分是在凹下部分外圆周的边缘上突起的，相邻凹下部分之间的平均中心距离(Sm)与凸起部分外圆周边直径(D)之比值等于0.85～3.0，而Sm与D之差小于450微米，通过用密集性高的能功将轧辊表面弄毛，然后用这样一对轧辊，其中至少有一个是用上述方法弄成毛面的轧辊进行平整，平整时的压下量不小于0.3%以便将毛面轧辊上的花纹压到钢板的表面上。
作为密集性高的能源，激光是最好的，但也可以使用等离子流和电子束。
利用平整工序弄毛的钢板一般可以用冷轧钢板，但是也可以采用表面经处理的钢板，这些钢板先进行热镀锌或电镀锌，也可以采用热轧钢板。
下面简要说明一下附图本发明将参照这些附图加以说明。
图1所示是通过使用普通放电加工方法弄毛的工作轧辊粗糙表面的三维形状。
图2所示是通过使用普通喷丸方法弄毛的工作轧辊粗糙表面的三维形状。
图3是测量DOI数值来评价映象清晰度的示意图。
图4和图5所示是用喷漆方法弄毛的工作轧辊平整的钢板的中心线平均粗糙度Ra与喷漆后DOI数值之间的关系。图4为两层喷漆的情况，而图5为三层喷漆的情况。
图6所示是按照本发明用激光作为密集性高的能源将工作轧辊表面弄毛后的局部剖面图示意。
图7所示是用激光脉冲弄毛的工作轧辊的粗糙表面形状的示意图。
图8为图7的平面图。
图9所示是用图6～8所示的工作轧辊对钢板进行平整时的情况，这是平整加工时的剖面示意图。
图10所示是按图9平整加工以后的钢板的粗糙表面形状的断面示意图。
图11所示是图10的平面图。
图12a所示的曲线表明用普通喷丸方法弄毛的工作轧辊表面上凸起部分高度的分布情况。
图12b所示的曲线表明用普通放电加工方法弄毛的工作轧辊表面上凸起部分高度的分布情况。
图13所示是用通过普通方法弄毛的工作轧辊进行平整的钢板的表面状况。
图14a所示的曲线表明用普通喷丸方法弄毛的工作轧辊平整后的钢板粗糙表面上斜面角的分布情况。
图14b所示的曲线表明用激光方法弄毛的工作轧辊平整后的钢板粗糙表面上斜面角的分布情况。
图14c所示的曲线表明用抛光后不经弄毛的所谓光面轧辊平整后的钢板表面上斜面角的分布情况。
图15所示是图14中所讲的斜面角的定义的示意图。
图16所示是平整机工作轧辊粗糙表面以及钢板粗糙表面形状各部分尺寸的定义。
图17所示是平坦部分面积比η(＝η1+η2)的定义说明示意图。
图18所示是粗略计算工作轧辊和钢板表面粗糙形状的示意图。
图19中的曲线表示平整时的压下量λ与粗糙度传递比h2/l之间的关系。
图20中的曲线表示钢板表面上平坦部分的面积比η与平整压下量λ之间随Sm/D数值变化的关系。
图21中的曲线表示钢板表面上平坦部分的面积比η与三层喷漆后的DOI数值之间的关系。
图22a-图22c所示是当Sm/D变化时，钢板表面上平坦部分的粗糙形状的变化情况示意图。
图23所示是当Sm/D比值过大时，工作轧辊和钢板表面上显微粗糙形状的断面示意图。
图24所示是当图23中的钢板在压力成形时的示意图。
图25所示是随着(Sm-D)2的变化，压力成形试验中的粘结限度曲线。
图26所示的曲线表明随着Sm/D的变化，压力成形试验中的粘结限度曲线。
图27所示是中间平坦部分的密度示意图。
图28a-图28c中的示意图表示当Sm/D比值在0.85左右变化时，用激光方法弄毛轧辊时的情况。
图29所示是钢板表面上凸起部分顶面直径与Sm/D比值之间的关系。表示出一个适当的区域。
图30表示λ，η和Sm/D的适当的区域。
图31中的曲线表示钢板中心线平均粗糙度Ra与三层喷漆后的DOJ数值之间的关系。
图32所示是用激光方法弄毛的工作轧辊平整的钢板上所形成的涂层的三维粗糙度。
图33所示是用普通喷漆方法弄毛的工作轧辊平整过的钢板上所形成的涂层的三维粗糙度。
图34所示是用激光方法弄毛的工作轧辊平整过的钢板表面粗糙的三维形状示意图。
本发明将详细说明如下〔1〕用激光方法将工作轧辊表面弄毛将一个平整机工作轧辊表面用一种密集性高的能源如激光弄毛，方法如下。
激光脉冲射到回转的工作轧辊的表面上，在激光能的作用下轧辊表面依次地有规律地被熔化，在轧辊表面上形成有规律的火山口形状的凹下部分。图6所示的剖面图表示弄毛的工作轧辊的一部分表面，图中1表示火山口形状的凹下部分(以下简称凹下部分)，在工作轧辊3的表面上形成这样的凹下部分。轧辊基本金属熔化后从轧辊表面6上隆起，形成一个围绕凹下部分1的环状凸缘形隆起部分2(以下简称凸缘部分)。此外，火山口1内壁部分及凸缘部分2是轧辊基本金属部分4的热影响区。
现将用激光弄毛的方法详细说明如下。
用激光方法在工作轧辊表面上弄的火山口1的深度和直径是由所用激光的强度以及照射的时间决定的，这样就给出一个确定粗糙度的量与通过普通喷丸方法弄毛的工作轧辊的表面粗糙度Ra相对应。
被激光加热的轧辊基本金属，由于激光照射能量密集而立即变成金属蒸汽。在这种情况下，熔化的金属被所产生的蒸汽压力从轧辊表面吹走，形成火山口1，而被吹走的熔化金属又贴附在火山口1的周围而形成围绕火山口1的凸缘部分2。如果用氧气或其他类似气体来吹反应的地方，这一系列的反应还会进行得更为有效一些。
工作轧辊一面回转一面用激光脉冲有规律地照射，就会形成上述的火山口1，而所形成的这些火山口一起使工作轧辊得到粗糙的表面。工作轧辊表面的粗糙状况如图7和图8所示。从图7和图8可以看出，在相邻火山口1之间的凸缘2外边有一个平坦部分6，与轧辊原始表面相对应。此外，相邻火山口之间的相互距离可以通过控制激光脉冲频率及轧辊在其回转方向的回转速度来加以调节，同时还可以通过控制激光在轧辊轴向的照射位置的移动距离来进行调节。
虽然本发明是按照使用激光作为密集性能源进行说明的，但在使用等离子或电子束作为密集性能源时也会得到相同的结果。
〔2〕通过平整将毛面压到钢板上钢板，如冷轧钢板在经过退火或类似热处理以后，要用通过激光方法弄毛的工作轧辊以不大的压下量进行平整加工，在平整过程中工作轧辊表面上所形成的粗糙形状都压到钢板的表面上，从而使钢板得到粗糙的表面。
如果在显微镜下观察平整过程中的钢板表面，如图9所示，就可以看到，在工作轧辊3表面上的处于火山口1周围的凸缘2具有基本上均匀的高度，这个凸缘2在轧制压力作用下压到钢板7的表面中，从而产生局部的金属塑性变形，使钢板表面部分的比轧辊3材质软些的金属产生流动，结果钢板7的部分金属流动到轧辊3的火山口1中，而使钢板表面粗糙化。在这种情况下，向火山口1内隆起的钢板部分的顶面8变成平坦表面，就象原始的钢板表面那样，而钢板的一部分9受到工作轧辊3的相邻火山口1之间凸缘2以外的那个平面部分6的压轧仍然保持平坦，并且前面一个平坦表面8要高于或者等于后一个平坦表面9。所以，如图10和图11所示，钢板7经过平整加工后的粗糙表面的显微形状将包括梯形的凸起部分10，槽形的凹下部分11及中间的平坦部分9，凸起部分具有平坦的顶面8，凹下部分环绕凸起部分形成，而中间平坦部分是在相邻凸起部分10之间、凹下部分11的外面形成的，这样，中间平坦部分9就高于凹下部分11的底部而低于或等于凸起部分10的顶面。
如上所述，钢板经过平整以后，钢板表面由凸起部分10的顶面8和中间平坦部分9组成的平面部分占钢板表面的比例增加了，而凸起部分10与凹下部分11之间的斜面部分13却大大减小了。
与此相反，就使用喷丸方法或放电加工方法弄毛的工作轧辊而言，轧辊表面的粗糙情况有很多不同的凸起高度，其分布情况如图12a或图12b所示，类似于正态分布。在这种情况下，轧辊3的表面粗糙形状与钢板7的原始表面粗糙形状合并起来，轧辊3上的凸起部分侵入到钢板7的表面中去，如图13所示，这样一来，钢板7在平整加工以后，凸起部分与凹下部分之间的斜面部分的比例将显著增加。所以，用普通的技术所形成的表面粗糙形状与用激光方法弄毛的工作轧辊进行平整的钢板是完全不同的。
图14a所示是用普通喷漆方法弄毛的工作轧辊平整后的钢板粗糙表面上斜面角的分布情况。斜面角(θ)的定义如图15所示。由于代表映象清晰度的DOI数值是由以30°±0.3°反射角的散射光线与反射光线之比来表示，如前所述，那么当具有斜面角θ，其公差为±0.3°的凹下部分的这一比值大的时候，就可以设平坦度是好的。不过，对于图14a中的情况来说。tanθ≤±0.3°的占有比例仅仅为14%。相反，当钢板是用通过激光方法弄毛的工作轧辊进行平整的话，这个占有比例为26%，这个数值更接近光面钢板的占有比例36%，比较图14b与图14c就可以看出这一点。因此，本发明可以得到较好的平坦度。
〔3〕工作轧辊粗糙表面及平整钢板粗糙表面形状各部分尺寸的定义用上述激光方法弄毛的工作轧辊粗糙表面形状及平整钢板粗糙表面形状各部分尺寸，参照图16定义如下D轧辊表面上凸缘部分的外圆平均直径，或钢板表面上凹下部分的外圆平均直径。
d轧辊表面上火山口1的平均直径。
d0钢板表面上凸起部分10平坦顶面8的平均直径。
H轧辊表面上火山口1的深度。
h1轧辊表面上的凸缘2的高度，或钢板表面上从中间平坦部分9平面到凹下部分11底部的深度。
h2钢板表面上的凸起部分10，从平坦顶面8到中间平坦部分9的高度。
Sm轧辊表面上相邻两个火山口1之间的平均中心距，或钢板表面上相邻凸起部分10之间的中心距。
α轧辊表面上的凸缘2的宽度。
〔4〕平整钢板的平坦部分对面积比η的影响轧辊粗糙表面形状及平整加工的条件对于平整后钢板平坦部分的面积比η的影响，可以用前面所讲的数据来加以考核。
平坦部分的面积比η由两个面积占有比例η1和η2的总和来表示，η1是凸起部分10平坦顶面8的面积占有比例，而η2是中间平坦部分9的面积占有比例，即η＝η1+η2……(1)此外，面积占有比例η1的数值将随平整时的压下量变化，因为钢板金属流入火山口1中去的程度是随平整压下量的变化而变化的，因此凸起部分10的平坦顶面8的直径d0也随着发生变化。另一方面，面积占有比例η2却按照Sm/D的数值保持一个常数。
比值Sm/D处于下式(2)所规定的范围内，这一点后面还要提到0.85≤Sm/D≤3.0 ……(2)另外，η1可由公式(3)来确定，d0与d成正比关系，如下列公式(4)所示，而η2则按照下列公式(5)由Sm/D的数值来确定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，当Sm/D≥1时，a＝0，而当Sm/D＜1时，a＝1。把这些数值代入公式(2)和(5)中，η2就在下列公式(6)所规定的范围内0.06＜η2＜0.95 ……(6)至于每一种轧辊和钢板的粗糙表面形状的断面，当采用图18中的X坐标和Y坐标时，假设火山口1的断面形状为Y＝CosX，就可以在d＝π，cos d0/2＝h2的情况下得出下列的方程式(7)和(8)cos d/2＝0 ……(7)d0＝2cos-1h2……(8)现在，通过火山口1传递到钢板上的凸起部分10的高度h2与火山口1的深度H之间的比值，可以称作为粗糙度传递比。在上面所讲的这一实施例中，火山口1的深度H等于1，因此粗糙度传递比为h2/l或h2。
粗糙度传递比h2/1或凸起部分10的高度h2与平整加工时的压下量有关，如下列公式所示h2＝f(λ) ……(9)这一关系是从下面的试验中确定的。
一张粗糙度Ra为0.38微米的厚度为0.32毫米的SPCC钢板以不同的压下量λ用直径为200毫米的工作轧辊进行平整，轧辊的硬度为Hs 94，用激光方法将其弄毛，达到Ra等于3.54微米。试验得到的结果示于图19中。
从图19中可以看出，粗糙度传递比h2/l在压下量λ增加到大约1.5%以前是直线增加的，当压下量λ超过1.8%以后就开始停滞了。
d0，K和K2的数值是按照图19中所得结果计算出来的，其结果列在表1中。
表1
当轧辊是用激光弄毛，以得到平常压力成形时冷轧钢板同样的平均粗糙度Ra＝1.0-3.0微米，火山口之间凸缘的宽度α大约为0.09×D。所以，d可以用下列公式(10)来表示d＝0.82D ……(10)把公式(10)代入前面的公式(4)中，得到d0＝0.82KD ……(11)这样，公式(3)将变成下面的式子η1＝π(0.82KD/Sm)2/4＝0.528K2(D/Sm)2……(12)从上列公式(5)，(6)和(12)以及表1中的数据，平坦部分的面积比η列在表2中。把这些面积比η的数据按照Sm/D的数值表示在图20中。另外，这一关系可以归纳成下列的方程式(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)从图20中可以清楚看到，平坦部分的面积比随Sm/D比值有很大的变化。另外，η也随平整时的压下量λ而变化。特别是当Sm/D较小的时候，η更会受到压下量λ变化的影响。
表2(a)
表2(b)
〔5〕平整时压下量的下限如上所述，平整时的压下量λ对面积比η有影响，但是如果压下量λ太小的话，平整本身会失去稳定，同时也难以将钢板压毛。发明人已经发现，当平整时的压下量不小于0.3%的时候就有可能得到毛面钢板。所以说，平整时压下量λ的下限为0.3%。
〔6〕平坦部分的面积比η的下限在用激光方法将平整机工作轧辊弄毛的时候，要改变Sm，D，d以及压下量λ这些数值，以便得到具有不同平坦部分面积比η的钢板(Ra约为1.5微米)。在涂三层漆的钢板表面上喷了一层黑漆以后，测量喷漆表面的DOI数值，所测得的结果示于图21中。
从图21中可以看到，当面积比η增大时，DOI数值也随着增加，因此使映象清晰度得到改善。一般来说，希望DOI的值不小于94以便得到令人满意的观感良好的汽车车体。为此，面积比η最好不小于35%。不过，如果不需要那么好的观感，则面积比η不小于20%也就可以了。因此，η的下限为20%。
〔7〕 Sm/D，Sm-D和η的上限轧辊表面粗糙形状的有关尺寸如D，Sm，H和其他尺寸(在〔3〕部分中给出了这些尺寸的定义)可以通过调整工作轧辊表面弄毛的条件来加以改变，也就是调整用激光方法将平整轧辊弄毛的各个条件，比如轧辊的回转次数，激光脉冲的频率，激光的输出功率，激光照射点的移动速度以及激光照射时间等，另外或者还有氧气或其他类似气体吹的条件，如上所述。如果想对通常可变形的冷轧钢板进行平整，可以采用激光将工作轧辊弄毛，使其Ra为0.5～5微米，工作轧辊表面上的凸缘宽度大约为20-40微米，凸缘高度大约为5～30微米。
钢板表面上所形成的粗糙形状，按照Sm/D数值的不同得到三种不同的形式，如图22a，图22b和图22c所示。这就是说，当Sm/D＝1的时候，相邻的凹下部分11正好相互接触在一起，如图22a所示。当Sm/D＞1的时候，相邻的凹下部分11相互分离，如图22b所示。而当Sm/D＜1的时候，相邻的凹下部分11相互搭接在一起，如图22c所示。
因此，通过改变Sm/D的数值就可以得到各种不同的表面粗糙度形状。在这方面，可以用激光的方法制备出具有不同Sm/D值的平整机工作轧辊，然后就可以使用这些工作轧辊，以适当的压下量对退火后的冷轧钢板进行平整，以得到所需要的粗糙表面。以后，用这种毛面钢板进行压力成形试验和喷漆试验，从这些试验中得到下面的结果。
当钢板7用图23所示的工作轧辊3进行平整的时候，由于轧辊的Sm/D数值相当大，因此在钢板表面上相邻凸起部分10之间的中间平坦部分9的面积就太大了。结果，当这样的钢板在进行压力成形时，如图24所示，压力成形过程中落在较宽的中间平坦部分9上面的金属碎屑13就很难汇集在凹下部分11中，而是留在压力机模具14与中间平坦部分9之间。另外，Sm/D这一数值相当大还意味着用来储存润滑油的凹下部分11相对地减小了，因此会引起润滑不良。所以，当Sm/D数值太大的时候，在压力成形时就容易出现粘结现象。
此外，从下面的原因来说，也需要对中间平坦部分9的宽度或对Sm-D的绝对值加以控制。
用激光方法在轧辊表面上所形成的凸缘尺寸，即宽度α和高度h1与火山口1处的一部分金属被激光熔化，在其周围隆起并且再凝固下来的这一过程有关。如果D的数值大，则α和h1也会增大。这就是说，当D数值大的时候，压力成形时储存润滑油的能力以及汇集金属碎屑的能力也都增大，而这对防止粘结是很重要的。不过，这种效果仅限于所加工的钢板表面上沟槽之类能够收集剥落金属碎屑的凹下部分是位于压力机模具和金属之间的相对滑动的一段长度上，在这个长度上剥落金属碎屑逐渐沉积，最终引起粘结。为了满足这一要求，就必须使中间平坦部分的宽度的绝对值(Sm-D)小于一定的数值。
从上述试验中发明人发现，对于可成形性不太好的钢板来说，在压力成形过程中并不经常出现粘结，如图26(O，△，g0，X)所示，这种钢板用作汽车的外面板，要求特别好的映象清晰度，由于在压力成形时的变形比在10%以内，除非Sm/D数值超过了3.0，一般是不会有粘结现象发生的。
如前所述，可以用氧气等气体吹的办法使被激光熔化的金属从轧辊表面上隆起，在火山口的周围形成轧辊表面上的凸缘。在这种情况下，凸缘不必一定呈圆形，由于所吹的气体有点不均匀或气体的流量有些波动都会使凸缘不是完整的圆形，凸缘的一部分被切掉了。所以，用这种凸缘不完整不规则的工作轧辊平整的钢板表面上，有一部分凸起部分的周围没有被凹下部分包围，这样会使η值增大，从而使映象的清晰度得到改善。用这样的钢板又进行上面所讲的试验，所得的结果示于图26中(O，▲和井)，从这些结果来看，凸起部分完全被凹下部分包围起来以及凸起部分只有一部分被凹下部分包围起来这两种情况对于压力成形性并没有多大的区别。
另外，还发现中间平坦部分9的绝对值(Sm-D)要求小于450微米以便防止经常出现粘结现象，如图25中曲线所示。这些试验所得出的结果都列在表3中，其中(Sm-D)1和(Sm-D)2的定义分别表示在图27中。
如前面图20所示，Sm/D的数值与钢板表面平坦部分的面积比η有关，根据上面所做的试验，当面积比η超过95%的时候就会经常出现粘结，如表3中的数据所示。
因此，按照本发明，Sm/D的上限是3.0，面积比η的上限是95%，而(Sm-D)的上限是小于450微米，这样就不致引起钢板粘结，并可得到良好的压力成形性能。
表3
〔8〕Sm/D的下限当Sm/D这一比值小于0.85的时候，通过密集性高的能源如激光等对工作轧辊进行弄毛的操作将是不稳定的，并且Ra也很难控制。另外，在平整过程中工作轧辊表面粗糙度也会发生明显的变化，同时，从轧辊粗糙表面上剥落下来的轧辊碎屑也容易引起压痕。这是由于下面所讲的原因所致。
一般来说，相对于凸缘的外圆直径D来说，所形成的凸缘的宽度α是在α＝0.1～0.3D这个范围内，以便能够在进行压力成形的时候储存润滑油和汇集剥落下来的金属碎屑。当Sm/D大于1的时候，相邻的凸缘2将相互分离，如图28a所示，而当Sm/D小于1的时候，相邻凸缘2就会相互搭接在一起。另外，当α＝0.3D及Sm＝0.85D的时候，相邻火山口那里产生的熔化金属就会落在前面已形成的凸缘2的上面，如图28b所示，这样，最后形成的凸缘2的高度h1就几乎等于没有堆积熔化金属前的二倍。
再说，当Sm＜0.85D(α＝0.3D)时，熔化的金属将从相邻的火山口流到前面已形成的火山口那里，如图28c所示，这样一来，火山口1的深度H，凸缘的高度h1和宽度α都会发生变化。这样，当熔化金属流到已经在火山口那里凝固的金属上的时候，在前面已凝固的一层金属与后面凝固的一层金属之间就会有一个明显的分界，在外力作用下这两层金属都容易分离，而这就会导致平整时产生压痕的问题。
从上述事实中可以得出，Sm/D的下限应该是0.85。
〔9〕钢板表面上凸起部分的平坦顶面的直径d0构成钢板显微表面粗糙形状的凸起部分10的平坦顶面8是在压力成形时承受压力负荷的平面，这对应于所谓的承压面积。
随着顶面8的直径d0的增大，这一平坦顶面的面积也变大了，而这就会增加粘结的趋势，就象前面所讲的Sm/D和η增大的情况一样(前面第〔7〕部分)。发明人从试验中发现，当d0超过500微米的时候就容易引起粘结。另外，要想得到顶面直径d0大于500微米的较大的顶面8，就必须在轧辊表面上形成直径较大的火山口1。为此，形成火山口所需要的激光脉冲发射能量就必须加大，这就要使用一个具有输出功率相当大的激光发生器，或者是降低轧辊的回转速度以延长激光照射的时间。这样做不仅在经济上不利，而且会降低整个处理的效率和可靠性。因此，d0的上限应该定为500微米。
在另一方面，如果凸起部分10的顶面直径d0太小，那么在压力成形的时候，这些凸起部分10就容易被压缩应力和剪切应力破坏，形成大量的金属碎屑，而这也容易引起粘结。发明人已经确认，当d0小于30微米时就容易引起粘结。因为随着d0的减小，D的数值也不得不减小，所以，Sm本身的数值也必须减小以便满足在前面第〔7〕部分所讲的条件Sm/D≤3.0(当d0减小时)。这也就是说，轧辊表面上火山口之间的距离必须减小。为此，在用激光照射时，轧辊的回转次数必须大大减少，或者将激光脉冲的频率大大提高，而这样做是很不经济的。由于这些原因，凸起部分10的平坦顶面8的直径d0不能小于30微米。
在本发明中，顶面8的直径平均都在30～500微米的范围之内。实事上，在用激光等密集性高的能源弄毛的工作轧辊进行平整的情况下所形成的凸起部分10，其平坦顶面8并不总是圆形的，而常常变成椭圆形或不规则的形状。因此，在后面这种情况下，最好使顶面的长轴长度的平均值不超过500微米，而其短轴的平均值不小于30微米。当然，最合适的情况是使所有顶面的长轴最大值不超过500微米，而使所有顶面的短轴最小值不小于30微米。
〔10〕钢板的中心线平均表面粗糙度Ra按照本发明，最重要的是按前面所讲的办法控制形成钢板粗糙表面的显微形状，同时，控制钢板表面的粗糙度也是重要的。
既使粗糙表面的显微形状按上面所讲的进行控制，如果中心线平均粗糙度Ra超过了3.0微米，喷漆后的映象清晰度仍然不够好，如果Ra小于0.3微米，则在压力成形时就容易出现粘结。因此，Ra应该在0.3～3.0微米这个范围内。Ra最好是不超过2.0微米，以便使DOI数值不小于94得到良好的映象清晰度。
如上所述，为了使通过用激光等密集性高的能源弄毛的工作轧辊平整的钢板具有良好的压力成形性能(或者说能够防止粘结现象)并且具有汽车所要求的喷漆的良好映象清晰度，同时最好DOI值不小于94，就必须使钢板表面粗糙形状能满足以下的条件(ⅰ)平坦部分面积的总和(凸起部分的顶面及中间平坦部分)与总面积之比(平坦部分的面积占有比，η)不小于20%(最好是不小于35%)，但又不能大于95%;
(ⅱ)凸起部分之间的平均中心距Sm与凹下部分外圆平均直径D之比(Sm/D)应在0.85～3.0这个范围内，并且Sm-D应小于450微米，以及(ⅲ)凸起部分顶面的平均直径d0应在30～500微米这个范围内。此外，中心线平均粗糙度Ra必须在0.3～3.0这一范围内。另外，平整时的压下量需要不小于0.3%。
在上面所讲的这些条件中，Sm/D和d0之间的关系连同其合适的范围以及限制的理由一起都表示在图29上。另外在图30中给出了在平整时压下量入变化的情况下，为使η得到最佳值(20-95%)所能接受的Sm/D的范围。
下面的例子将用来说明本发明，而不是作为本发明的限制范围。
用厚度为0.8毫米的冷轧钢板作为母板，这种钢板是用具有下列化学成分的钢板在69.2%的压下量进行冷轧而成，冷轧后在箱式退火炉中进行退火处理。化学成分0.04%C，0.2%Mn，0.02%P，0.015%S，0.003%N，以及0.005%O。
作为平整用的工作轧辊准备了一个用激光方法弄毛的轧辊，一个用一般喷丸方法弄毛的轧辊，一个用一般放电加工方法弄毛的轧辊以及一个不经弄毛的光面轧辊。接着，冷轧钢板用这样的工作轧辊以0.5～2.5%的压下量λ进行平整。
光面轧辊的表面粗糙度Ra为0.15微米，而毛面轧辊的表面粗糙度Ra在1.1～5.6微米这一范围内。对于用激光方法弄毛的工作轧辊表面粗糙形状，专门准备了两种试样，试样A的有关数据为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。
用光面轧辊平整过的钢板的表面粗糙度Ra＝0.08微米，而用毛面轧辊平整过的钢板的表面粗糙度Ra＝0.6～2.25微米。尤其是用激光方法弄毛的轧辊平整过的钢板，试样A的表面粗糙形状具有这样的数据0.85≤Sm/D≤1.7;Sm-D＜280微米，30微米≤d≤500微米，而试样B的表面粗糙形状为1.7≤Sm/D≤3.0;Sm-D＜450微米及30微米＜d≤500微米。
随后，平整过的钢板在下列条件下进行磷化处理
处理用的材料用于浸入处理的粒状磷酸盐。
浸入处理条件43℃，浸120分钟。
磷酸盐层的重量2.3±0.2克/厘米2。
预处理脱脂，水洗，表面调整。
后部处理水洗，净水清洗，干燥。
在经过磷化处理以后，在下列条件下进行三层喷漆。
喷漆方式水平底漆阳离子ED漆厚度18-20微米中间一层漆保护层厚度30-35微米面漆厚度30-35微米另外，在每一次喷漆以后不进行砂纸打磨。
在喷漆以后，用一个Dorigon仪器对喷漆表面的DOI数值进行测量。
测量得到的结果与钢板的表面粗糙度Ra一起表示在图31中，其中LD钢板是指用激光方法弄毛的工作轧辊平整过的钢板，EDT钢板是指用放电加工方法弄毛的工作轧辊平整过的钢板，SB钢板是指用喷丸方法弄毛的工作轧辊平整过的钢板，而光面钢板是指用不经弄毛的所谓光面轧辊平整过的钢板。
从图31中可以看到，LD钢板的试样A与EDT钢板和SB钢板相比，有大约10～11个点上表示映象清晰度的DOI数值是最好的，而LD钢板的试样B在一个点上的DOI数值更好，并且这个数值达到98。
LD钢板和SB钢板在喷漆以后的表面粗糙度用三维粗糙度图分别示于图32和图33中，从这些图中可以看出，LD钢板(图32)的喷漆表面要比SB钢板(图33)光滑得多。
LD钢板喷漆以后的三维表面粗糙形状示于图34中，可以看到LD钢板表面上有规则地形成表面粗糙形状。
如前所述，钢板喷漆以后表示映象清晰度的DOI数值最好是不小于94。在上面的这个例子中，从图31可以看得很明显，当Ra不超过2.0微米的时候，在LD钢板的试样A上可以得到不小于94的DOI数值。另外，由于高级小汽车需要最高级的喷漆质量，希望DOI数值不小于98。在这一方面，用LD钢板的试样B可以得到DOI数值不小于98，如图31所示。
此外，从汽车外面板的压力成形试验中已经确认，采用LD钢板的试样B进行压力成形的时候，没有引起粘结，而当Ra小于0.3微米时，压力成形时会经常出现粘结。
按照本发明的方法进行加工的喷漆钢板，对改进映象清晰度有明显作用，而又不会降低压力成形性能。按照本发明的方法可以在实际生产中得到在喷漆后具有良好映象清晰度的钢板。
权利要求
1.一种用于喷漆的钢板，其特征在于上述钢板的中心线平均表面粗糙度Ra在0.3～3.0微米这个范围内，构成上述表面粗糙的显微形状包括具有平坦顶面的梯形凸起部分，完全或部分环绕各凸起部分形成的槽状凹下部分，以及处于各凸起部分之间并在凹下部分外面的中间平坦部分，这一中间平坦部分高于凹下部分的底面而低于或等于凸起部分的顶部，并且满足下列的关系0.85≤Sm/D≤3.0Sm-D＜450(微米)30≤d0≤500(微米)20≤η≤95(%)其中Sm是相邻凸起部分之间的平均中心距，D是凹下部分外圆周的平均直径，d0是凸起部分平坦顶面的平均直径，而η是凸起部分平坦顶面的面积与中间平坦部分的平面面积之和与钢板总面积之比。
2.一种用来加工喷漆钢板的方法，该方法包括用密集性高的能源将平整机轧辊表面弄毛，使工作轧辊表面上有细小的火山口状的凹下部分及处于凹下部分外圆边缘上的环状凸起部分，同时，相邻凹下部分之间的平均中心距(Sm)与凸起部分外圆边缘的直径(D)之比值为0.85～3.0，而Sm与D之差小于450微米，接着用一对工作轧辊，其中至少有一个是具有上述毛面的轧辊，以不小于0.3%的压下量(λ)对钢板进行平整，将毛面轧辊上的粗糙花纹传递到钢板的表面上。
3.按照权利要求
2的方法，其中上述密集性高的能源为激光。
专利摘要
一种喷漆后映象清晰度得到改善的喷漆钢板，具有这样的表面粗糙形状，其中心线平均粗糙度在0.3—3.0微米这一范围内，其显微形状包括满足特殊的尺寸关系的凸起部分，凹下部分及中间平坦部分。这种钢板是用一种密集性高的能源将工作轧辊表面弄毛成特定的尺寸，然后以不小于0.3％的压下量进行平整得到的。
文档编号C21D9/38GK87100257SQ87100257
公开日1987年8月26日 申请日期1987年1月14日
发明者古川九州男 申请人:川崎制铁株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan