专利名称：由金属材料尤其是钢材制成的扁平轧材、该扁平轧材的用途以及用于制造该扁平轧材的 ...的制作方法
由金属材料尤其是钢材制成的扁平轧材、该扁平轧材的用 途以及用于制造该扁平轧材的轧辊和方法 本发明涉及由金属材料(尤其是钢材)制成的扁平轧材、该扁平轧材的有益用途
和尤其适于制造该扁平轧材的轧辊、以及制造该扁平轧材的方法。本文中的"扁平轧材"应 理解为是指由金属或金属合金制成的板材(尤其是薄板)，或者是指具有同等品质的带材 或其他轧制产品。 由上文所讨论类型的扁平轧材制成部件，随后在该部件上涂覆一层或多层漆层，
该漆层一方面用来防止所述部件可能发生的腐蚀，另一方面用来优化其视觉外观。在这种
情况下，视觉外观的质量尤其由各金属基底的表面织构对面漆层表面的影响程度来评价。 人们对可从外部看到的车身面板表面的外观具有特别高的要求。 实践中，通过施加多层漆体系来满足车身部件的涂装要求。这些漆层体系通常包
含至少一层所谓的"填充涂层"，其目的尤其是调节任何可能存在于待涂覆表面上的不平坦处。 在金属板上施加多层漆体系会造成相当高的成本。现代涂漆工艺通过省略填充涂 层而节约成本。这些工艺正越来越多地为汽车工业所采用。在这种情况下，漆层体系的总 厚度显著降低，这样，在不合要求的金属板的漆面中就会显露出金属基底。
用于评价金属扁平轧材是否适合于制造车身部件的另一标准是该扁平轧材被成 型为各部件时的行为。另外，各扁平轧材的表面织构会对其行为产生决定性的影响。由此， 在(例如)深拉过程中存在于金属板表面上的空穴会形成凹袋(Taschen)，使得施加于金属 板上的润滑剂在其成型或注入各模具之前能够积聚于这些凹袋内。在这种情况下，由各润 滑剂形成的润滑膜的承载能力直接取决于这些空穴的构造和分布。 已知的是，人们进行了多种尝试来构造金属板的表面，以便使金属板在涂装之后 具有优化的外观。日本专利文献JP-A 63-50488和JP-A 1-293907便示出了关于这些尝试 的例子。 这两件日本专利申请公开中所描述的规则的表面织构的特征在于圆柱形的冲头 型凸起，这些凸起为槽状凹陷所围绕，并从原本平坦的表面上凸出。 根据日本专利文献JP-A 63-50488，这些峰的平台位于上述凸起之间的谷区域的 底部之上约2iim至10iim处。同时，峰的平台以及存在于谷底部与峰平台之间的平均水平 区域的平坦表面的总量占总表面积的20%至90%。 在专利文献JP-A 1-293907中还规定规则分布的峰(其具有圆形截面)之间 的平坦区域在金属板表面中所占的比例应为至少85% ;位于从平坦区域开始延伸的峰周 围的谷的深度应为至少4iim;并且根据对钢板表面几何形态的频率分析，波长A位于 585iim《A < 2730 iim范围内的波长部分的强度最高达到0.6 iim2。 根据这两件日本专利申请构造的金属板在涂漆状态下给人留下非常鲜明的印象。 然而，为了达到上述目的而预定的要求是以严格确定的表面织构为前提的。更具体而言，仅 当表面织构为具有高周期性的确定结构时，才能在日本专利文献JP-A 1-293907规定的波 长部分中达到其所允许的高强度。
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然而，在实际情况中，显然难以根据上述现有技术以所需的可靠性获得规则的表 面织构。在待加工的基底涉及镀锌钢板时尤其是如此。 在这种背景下，本发明的目的是制造一种为漆面提供优化的前提基础的扁平轧 材，该扁平轧材在最终涂漆状态下，即使漆膜较薄也具有出色的外观。另外，本发明还示出 这种扁平轧材的优选用途、尤其适于制造这种扁平轧材的轧辊、以及制造这种扁平轧材的方法。 关于这种扁平轧材，通过权利要求1教导的发明而达到了该目的。 由于本发明的扁平轧材具有特殊的特征轮廓，因此该扁平轧材尤其可用于制造将
要设置漆层的部件。当本发明的产品由钢构成、并且特别具有防腐蚀保护层(例如镀锌防
腐蚀保护层)时尤其是如此。这种钢板可镀覆有(例如)锌镀层或锌镁镀层。然而，本发
明所规定的标准也可适用于由其他金属制成的扁平轧材。 本发明的扁平轧材尤其适于生产车身部件。在将扁平轧材成型后，也可用简化的 涂装工艺为其设置漆层，该漆层在单独部件上的外观符合最高要求。在这种情况中，尤其突 出的是，本发明所规定的部件的表面织构如此精细，使得即使在使用与现有技术相比大大 简化的涂漆体系时，也可获得在视觉以及技术上均优异的涂装效果。 关于尤其适于制造本发明扁平轧材的轧辊，实现本发明上述目的的方案可在权利 要求5中所示的主题中得到。 最后，权利要求6所示的发明可提供一种能够可靠地制造金属扁平轧材的方法， 其中该扁平轧材可简单地成型，并且涂装效果出色。 本发明基于这样的认识通过本发明所规定的标准，可系统地得到金属扁平轧材， 其具有精细的、随机或拟随机的表面织构，使得在涂敷典型的汽车漆后，如果该表面织构还 可见的话，则其仅仅是刚好可被人眼感知。 同时，在根据本发明构造的表面形貌的情况中，峰平台与谷之间的过渡通过陡的 侧面来实现。这样，便使得金属板表面的形态实际上与谷的真实深度无关。因此，本发明的 金属扁平轧材的金属板表面的形态也与通过表皮光轧而产生所述精细的金属织构时所施 加的表皮光轧的压下量无关。 在这种情况下，由于本发明的扁平轧材表面中的谷以限定的深度存在，因此可以 以受控的方式来估测表面形貌中的"空隙"。通过上述估测可以以高的准确度来确定为了能 够以最小化的成型力形成根据本发明构造的、表面织构被最佳保留的扁平轧材而实际需要 的润滑剂的最小量。 为了确定本发明范围内的扁平轧材，根据如下规定，对在各情况中所观察到的扁 平轧材的表面进行检测，并对此时测定的表面形貌进行评价 1.采用具有足够高的局部分辨率的测量系统，在至少0. 8X0. 8mm2的基本区域上 测量表面形貌。 为了实现上述目的，已经证明局部分辨率《1.5iim(横向)并且《0.05iim(纵
向)的用以测量粗糙度形貌的测量方法是合适的。 2.如果需要的话，通过目前已知的方式，经适合的数学方法将可能有的形貌倾斜 抵消掉。为了进行评价，随后可能必须对所测形貌进行校平(使整个形貌倾斜或对准)，使 得待评价的峰区域和谷区域尽可能位于同一水平上。
3.通过高斯低通滤波器(A s = 10 ii m)而除去表面形貌的高频部分。 4.以0. 1 ii m的组距(Klassenbreite)来计算峰值的频率分布(下文中简称为"高
度分布")。 通过上述方式测量并处理的本发明的扁平轧材的表面形貌满足如下标准
a)表面具有尤其明显的峰水平和谷水平，因此显示出至少有两个峰的高度分布。
b)当仅观察低倾斜度(倾斜度《5° ，g卩，无"倾斜部分")的形貌区域时，高度 分布分成至少两个局部"主极大值"。这些主极大值大致为正态分布，标准偏差(宽度)2. o《2iim(峰)且宽度2. o《2iim(谷)。在这种情况中，按照如下方式确定斜面的倾斜 度 a = tan—、l (Z(x，y)) I)(单位度)，其中
Z (x ， y)=高度_ (测量值) c)就高度分布而言，具有较高极大值的表面是最大的(也就是说，峰的频率比谷 高)。 d)轧辊表面的明显的峰水平与谷水平间的距离大于所获得的扁平轧材表面的峰 水平和谷水平间的距离。 e)在处于峰水平与谷水平二者正中间的水平上，谷或峰的半宽度最高达到 100践。 经大量试验证实，由钢材制成并根据本发明构造的扁平轧材不仅非常适于进行涂 漆，并且还能够非常好地成型。可通过受控的方式调整粗糙度形貌，使得空隙与所能获得的 润滑剂的量相对应。结果，在将金属成型时(液体动力润滑)，对平滑化过程产生有利的影 响。表面质量均匀且得到优化，因此其上施加的漆层体系也给人留下了符合最严格要求的 视觉印象，即使在该漆层体系的情况中省略了成本较高的填充涂层(其用于填平任何的表 面不规则处)时也是如此。 为了制造本发明的扁平轧材，提供具有如下表面织构的根据本发明的轧辊，该表
面织构具有待形成于本发明的扁平轧材上的形貌的负像。在上述的用以测量并评价本发明
的扁平轧材表面的测量和评价条件下，下述规定相应地适用于轧辊表面 a)高度值的频率分布具有两个明显的极大值，其等同对应于该表面上的明显的峰
水平和谷水平。 b)当仅观察相对于竖直方向的倾斜度至多为5。的形貌区域时，高度值的频率 分布形成至少两个局部"主极大值"。这些局部主极大值大致为正态分布，标准偏差(宽 度)2q《10iim(谷)且宽度2。《liim(峰)。
c)在轧辊表面上，谷的频率大于峰的频率。
d)代表谷的主极大值同时也是绝对极大值。 e)轧辊表面的明显的峰水平与谷水平之间的距离大于所获得的扁平轧材表面的 峰水平与谷水平之间的距离。 f)在处于峰水平与谷水平二者正中间的水平上，谷或峰的半宽度最高达到 100iim，其中至少99. 99%的形貌测定点距谷或峰的边缘具有符合所提及的极限的最小距离。 可借助于目前实践中已知的合适的织构化工艺在轧辊表面上形成基础结构，从而
6制得具有上述轧辊表面质量的轧辊，其中所述轧辊表面与各情况中待加工的扁平轧材相接 触。 —种以受控方式调节表皮光轧辊的粗糙度的可行方法包括通过电火花加工进行 织构化(放电织构化，EDT)。 在这种情况中，轧辊织构化之前的起始状况应该为平滑抛光的轧辊表面。通过电 火花加工在上述表面中击出凹坑，这些凹坑尽可能地彼此靠近。由于起始时为平坦的状况， 因此凹坑之间所残存的"桥"已经处于相同的所需高度上。 在EDT工艺过程中，根据需要，周期性地在电极与轧辊之间短暂地施加规定的电 压。在这种情况下，电荷载体(离子)加速从电解质通过电火花加工通道而到达轧辊表面 上。当电荷载体撞击在轧辊表面上时，其使撞击处的轧辊材料脱离，从而产生凹坑。凹坑的 典型直径为约80ym。脱离并熔融的金属通过电极冲洗而除去，并且由于使用了介电油，因 而该金属不能与轧辊表面再结合。 然而，在实施织构化工艺的过程中并不能完全防止熔融的轧辊材料再次积聚于最 初的平滑抛光的表面上。类似的，可通过目前已知的方式对织构化的轧辊表面进行受控的 金属去除处理，从而除去这些熔融的轧辊材料，其中在预先形成于轧辊上的表面织构中，超 过精确限定的程度的峰被磨去。在实践中，可通过(例如)精磨进行上述的材料去除操作。
由于EDT法几乎不可能对预先织构化的区域再重复织构化，因此该方法是尤其有 利的。只有在轧辊表面(通常为凸起)与电极间的距离最短，由此电场最强且密度最大时， 才最可能发生火花放电。在通过火花放电而形成凹坑的位置处，不可能再次进行火花放电。 这样可允许高密度的火花放电，从而获得相应的精细的轧辊表面织构。击出的凹坑常常会 "重叠"。在覆盖整个表面的情况下，这时桥会形成不同的高度。 由于桥的高度不同，因此随后通过带式"超精加工"(简称为SF)对织构化的表皮 光轧辊表面进行抛光。德国专利申请102004013031、欧洲专利申请公开No.EP 1 584 396 A2以及美国专利申请No. 10/082. 214涵盖了该方法。 带式超精加工是一种用以优化轧辊表面的平滑光洁度的现有技术。通过持续不断 地供应新的磨料，而得到均匀一致且在整个表面上无凸起的光面。仅仅将轧辊材料上最高 的峰磨去。由此，最高的桥的高度几乎处于同一水平上。
此外，可通过带式超精加工来形成陡的斜角。 对本发明而言，尤其有利的是，如基于根据本发明构造的轧辊表面的截面
图1所 示，可在"峰"B的平台P与"谷"T的底部O之间得到陡峭的过渡U，这是通过在织构化处理 之后进行受控的材料去除而获得的(尤其是通过带式超精加工而获得的)。如上文所述，通 过这种方式形成的过渡u的陡的斜角e对本发明的扁平轧材的表面特性具有显著的影响。 由于随后除去了在织构化后获得的表面织构的峰顶S，因此使得之后的金属板表面中的空 穴的空间分布与所用的表皮光轧的压下量以及峰水平和谷水平之间的距离实际上无关。陡 的斜角是本发明的表面的一个重要的要素，其使得之后的金属板表面中的空穴的空间分布 与所用的表皮光轧的压下量以及峰水平和谷水平之间的距离实际上无关。
就本发明而言，已经证明专利文献EP 1 584 396 A2中所述的已知方法(带式超 精加工)是尤其有利的。 在制造本发明的扁平轧材的本发明方法中，首先提供由金属材料构成的扁平制
7品，其中该扁平制品的至少待设置根据本发明的表面形貌的表面具有至多为1.5ym的算 术平均粗糙度。随后，对该扁平制品进行表皮光轧，其中根据权利要求4构造的轧辊作用于 该特定表面上，从而获得其表面形貌满足本发明的要求的扁平轧材。 在这种情况中，重要的是在表皮光轧过程中，由轧辊表面的峰引入金属板表面中 的空穴尽可能地位于同一水平上，以使本发明所述的扁平轧材的表面形貌可靠地获得两个 峰的峰高分布。 关于本发明的扁平轧材在成型方面的适应性，已显示出当本发明扁平轧材的表面 被构造成如下方式时是尤其有利的在沿水平方向从该扁平轧材的形貌中截取材料表面 积的至多80%的情况下，对于每lm2的测量区域而言，分割面以下的空隙低于0. 15ml。同 时，在沿水平方向从该扁平轧材的形貌中截取材料表面积的至少20%的情况下，对于每lm2 的测量区域而言，分割面以上的材料体积应低于0. 15ml。此外，如果截取20%材料表面部 分的水平分割面的下方所包含的空穴至少达到0. 8ml/m2，则在成型适应性方面是尤其有利 的。 根据本发明这种方式构造的镀锌钢板的实际研究已经证实，当引入各金属板中的 空穴的空隙率按照如上方式分配时，则总能获得足量的油，以便在深拉工具中被良好地成 型。这样，利用上述表面织构的这种构造，可确保至少0. 7g/m2的油膜存在于由本发明的表 面织构的空穴所形成的凹袋内。 对本发明的表面形貌进行的计量检测以及评价适用以下原则 通常来说，在具有确定的表面织构的情况下，简单的几何数据便足以以足量的信
息来描述其实质结构。然而，由于无法直接定义随机结构的形状、宽度、高度和排布，因此本
发明的拟随机表面织构或随机表面织构自然被这种观测方法排除在外。与此形成对比的
是，对确定的表面形貌直至随机表面形貌进行全面的数学描述，需要使用统计方法或统计
图像处理。 a)高度值的频率分布("高度分布") 在对表面形貌进行统计描述时一项常用的特征为测得的或者通过运算得到的高 度值的频率分布，其被简称为高度分布。"高度值的频率分布"的另一常用名称是振幅密度 曲线(参见DIN EN IS04287)。 高度分布(图2b)示出在表面形貌中，某一高度值以何种频率再次出现。该频率是 通过计算("演算")材料比例曲线(也称为"AbbottFirestone曲线")(DIN EN ISO 4287) (图2a)的微分而得到的。 为了确定高度分辨率，将高度标尺划分为一系列独立的范围(所谓的"分组")。在 这种情况下，应非常精细地选取组距，使得高度分布能够以足够高的分辨率再现。为了能够 通过对比的方式仅确定高度分布中的"主"极大值或极小值，相应的是，仅较大的组距(例 如，0.2ym)是有利的。因为这样可排除可忽略不计的局部极大值和极小值。随后，为了能 够计算出这些"主"极大值和极小值的宽度以及其精确的位置，应比极大值或极小值的半宽 度小三倍的高分辨率(例如，O. 1 ii m)(奈奎斯特定理)又是有利的。 关于表面形貌的各种数据最初均隐藏在高度分布中。下面将基于如下例子对其进 行解释 只有对于简单的几何体，才可以由高度分布直接读出表面织构中由"峰"过渡至
8"谷"的过渡区域的"斜面"的倾角(或计算侧角(Flankenwinkel))。因此，为了描述复杂 的表面形貌，最好是区分形貌点位于什么位置附近，并相应地针对频率分布将高度值分组。 这种情况下的重要的特征为高度点环境中的形貌的倾角(图2c)。 由于局部极大值("峰")、鞍点("拐点")以及极小值("谷")部分彼此分离(然 而，图2a至2c中并未示出)，因此由表面形貌的曲线得出另一个区分标准。由于根据倾角 对高度值进行区分，因此可在高度分布中证实各种情况下的(例如)峰部分和谷部分(斜 角《5°C )是否在同一水平上，或者为其他情况。 在计量操作中，高度值总会存在一定程度的"模糊性"。尤其错误的是，这种模糊性 也可由形貌的倾斜所导致。因此，为了能够从高度分布中获得关于形貌的重要信息，最好是 通过对总形貌进行校准，从而事先将可能存在的倾斜总体上最小化。可通过正态分布来大 致描述在确定峰水平和谷水平时的模糊性。对于本发明的表面形貌而言，相应的正态分布 的标准分布o不应超过上限(图3)。 以图3为例，其示出了线轮廓及其相应的高度分布(倾角较窄)作为例子。将高 度分布中的两个局部极大值之间的距离标为"T"。因此"T/2"为半距离。
b)表面积分布 可基于轮廓分割(Konturschnitts)来描述诸如峰或谷之类的形貌部分的表面积 分布。在这种情况中，通过阈值操作来区分测量点"z"是位于某一高度水平(阈值Zh)以 上还是以下。由此便形成了如图4所示出的二元图案("明"、"暗")。实际上，常用的高度 水平为算术平均值、中位值(中位分割，在各种情况下相等部分的高度值位于阈值之上和 之下)以及极大值或极小值的半值。后者用以确定所谓的半宽度(FWHM二在极大值/极小 值一半处的全宽度)。 明/暗图案的边缘直接提供了轮廓线，其与所观测的测量表面相关的长度用于测 定表面的精确度。也就是说，表面织构越精细，轮廓长度值越大。这一特征值类似于根据DIN EN 10049的峰数RPc，然而，峰数RPc利用了两次阈值操作(算术平均距离[Cs] = 0. 5 y m 的两个高度水平)。但是，这两种特征值均不能提供关于明/暗图案的布置和尺寸的完整信 息。 本发明的金属板扁平轧材的特点为其特征高度分布具有两个不同的极大值，本 文中也称为峰水平和谷水平。优异的分割面为峰水平与谷水平之间的平均水平。
—种能够确定峰或谷的半宽度(HWHM =极大值一半处的半宽度)的简单操作为 计算距最近边缘(轮廓线)的最小距离rmin(图4a)。如果在阈值以下的区域("暗图案"，
谷区域)测定，则在此将该r^定义为负值。这样，便可同时对所有r^值进行阐释和评价
(图4b)。 当本发明的表面为随机表面时，由于存在着统计波动，因此绝对地设定r^所容许
的上限和下限是不利的。更为有利的则是观察rmin的频率分布(图5)。 可通过非对称正态分布来大致描述rmin的频率分布(图5) 。 S卩，在极大值(最频
值，也称为"众数")的"右侧"和"左侧"的标准偏差^和02是不同的。在这种情况下，
频率分布的最频值无需与坐标轴对应。 这里，将众数与坐标轴之间的距离称作"m"。 3o 「m或3c^+m是频率分布中的rmin 左侧极限和右侧极限的良好的度量值。这表明超过99.99^的计算得到的r^值(在非对称正态分布的情况中)在该极限范围内。 图6至9再现了设置有锌镀层的、根据本发明构造的薄钢板，以作为按照上文从原 理上描述的方式进行测定的"高度分布"(图6、7)，"高度值的表面积分布"(图8a :高度示 意图；图8b :线轮廓图)的典型例子，以及作为典型的距离映射图的例子(图9)。
图6至图9中所示出的测量及分析结果均在金属板样品上测得，这些样品用轧辊 进行表皮光轧处理，其中按照上述由专利文献EP 1584 396 A2中已知的方法，通过放电织 构化(简称为"EDT")以及随后的精磨，从而形成该轧辊的相应的表面织构。图6中所示例 子的表皮光轧率在该情况下为0. 6% ，而图7至图9中所示例子的表皮光轧率在各种情况下 均为0. 9%。 图8a示出了在各情况中测得的表而的高度示意图，而图8b示出了对应于该示意 图的线轮廓图。 下面将对本发明的表面质量对于成型行为以及涂装之后的外观的影响进行详细 描述 本发明扁平轧材的精密形状的表面的特征在于这样的空穴，这些空穴分布非常均 匀并且精细，并且在表面内具有明确限定的最大深度，而表面的其他部分则尽可能平滑。当 将本发明的金属板成形为部件时，在工具与金属板的摩擦接触过程中，这些空穴起到润滑 剂贮存处的作用。在本发明的扁平轧材的情况下，应避免形成特别深的凹坑结构(其仅在 表面被平化到相应强的程度时才显示出效果)，这是因为这种凹坑结构仅会形成冗余的润 滑剂贮穴。 另外，从涂漆技术这一方面来看，需要以较大的成本施加多层漆体系，才能将金属 板中的又深又宽的凹坑填平。与此形成对比的是，根据本发明而引入到金属板表面中的空 穴几乎完全在同一水平上，并且这些空穴可大幅减少之前已存在的长波纹结构，该结构可 能(例如)由于金属镀覆而产生。 为了将金属板成形为部件，金属加工工具必须具有一定的摩擦条件。由于在诸如 模具或工具边缘等关键区域处，通常会同时产生高的表面压力以及工具与金属板表面之间 的高的相对速度，因此在这些区域需要摩擦力尽可能低，从而尽可能不阻碍材料的流动。降 低这些部位的摩擦力尤其可提高生产率，并更好地利用生产能力。 与此形成对比的是，在几乎不需要材料流动或变薄这样的区域(例如，用工具深 拉)，则需要高的摩擦力。 可通过相应地选择材料的组合(例如金属加工工具的镀层)、润滑剂以及工艺参 数(例如约束力)来调整这些摩擦条件。 过去，人们试图通过设置尽可能窄的公差来构造金属板，从而尽量精确地调节工 艺窗口 。具体用来表征金属板表面的值为算术平均粗糙度Ra以及峰值RPc (参见ISO EN 10049)。在这种情况中，为了达到最佳的成型结果，通常需要具有高的平均粗糙度Ra的金 属板表面。 然而，实际经验表明，即便表面具有相似的特征值Ra和RPc，也可能会有极为不同 的行为。因此在实际操作中，难以使工艺参数(如润滑油)随后适应由生产所导致的扁平 轧材粗糙度的波动。 由于所述扁平轧材具有明确限定的形貌和形态，因此本发明的经表面精加工的扁
10平轧材现在可以更好地通过受控方式来调节成型工艺。 将扁平轧材的实际表面形貌与目标表面形貌对比，可用于优化调整工艺参数。特 别是，这样可更为持久地生产出严格成型的部件，并且次品率更低。 粗糙结构的结构化成分尤其起到润滑剂贮存处的作用(空隙，图10)，因而有利于 润滑剂的保持以及成型过程中的分配。在成型工艺中，由于与工具接触(有时局部表面压 力> 300MPa)而使金属表面的形貌被平滑化。这会降低最初的空隙体积(图10)。因此，该 表面形貌中所容纳的润滑剂发生聚并或移位，于是在接触区域发生流体静力润滑或者流体 动力润滑。 如果空隙中未填充足够的润滑剂，则会存在某些问题。然后会产生负面的作用。润 滑剂会由工具与金属板之间的接触区域移位到尚未被充分填充的谷处。在较大的摩擦应力 下，润滑剂膜随后破裂，并且金属成型由于干摩擦或冷焊(在压制过程中，金属板上的锌被 磨损)而失败。图ll示出了在油膜不足的情况下的典型的成型行为(粘-滑效应)。
根据工具的几何形状(高表面压力区域和低表面压力区域)和摩擦应力(如相对 速度)，开放空隙以及封闭空隙均需填充足够的润滑剂。 过去多年的经验表明，缺乏润滑剂是造成金属成型问题的最为常见的原因之一。 实践经验证实了作为本发明基础的认识根据本发明，表面织构的谷应具有尽可能均匀的 (并且也应尽可能小)深度。另一方面，表面的支承性应更好。另外，为润滑剂提供的空隙 在各情况下都应受到限制。 之前，漆面的质量仅用主观标准进行判断。后来，使用参照样品板来表征不同的漆 面。 然而，近年来由Byk-Gardner公司提供的DOI波长扫描测量仪被确认为"外观标 准"；在全欧洲以及全世界，几乎所有汽车制造商均采用这一外观标准来对标准汽车漆面进 行表征以及定性评价。其中，DOI波长扫描测量仪测量如下数值 DOI(=映像清晰度，其只表示涂漆所反射的映像的清晰度)、短波(SW)和长波 (LW)以及波纹度参数du、Wa、Wb、Wc、Wd以及We。 对于DOI，所测得的值越高，则涂漆表面的质量越好。然而，对于其他所有值来说， 则是值越低涂漆表面的质量越好。 漆面的外观由亮度、DOI和波纹构成。波纹可表现为所谓的"橘皮"，其可在观察涂 漆表面本身时看到。 在相距40cm时能够最好地辨别短波结构，这些结构(微粒，模糊)利用短波(SW) 参数来测量。40cm大致相当于用手清洁车辆时的观察距离。 另一方面，在相距3米时能够最好地辨别长波结构。这些结构(橘皮，长波)用长
波(LW)参数来测量。3米的距离大致相当于在展厅内的观察距离(展厅距离)。 DOI波长扫描测量仪使用激光和传感器来测量表面的光学参数分布。通过数学
过滤器将其划分为数个波段。现有技术中将其分为六个波纹度参数du( < 0. lmm，"晦暗
度")、Wa (0. lmm-O. 3mm) 、 Wb (0. 3mm-lmm) 、 Wc (lmm-3mm) 、 Wd (3mm-10mm)和We (10mm-30mm)。 在各种情况中，测量范围均为O(光滑)至100(有明显的纹理)。所测数值为无量纲值。 作为例子，如图12中的优质表面所示，在波长范围内绘制测量值，从而得到结构
11谱图。 因此，本发明基于这样的前提漆面质量可通过具体调整表面织构而得到改善。这 样，< 0. lmm(du)的结构通过光折射使漆面产生较低的对比度。0. lmm至lmm(Wa、Wb)的结
构在漆面反射时会导致轮廓线模糊。 满足普通要求的汽车漆面的DOI值至少为85。在漆面质量很好的情况中，DOI值 在90至95的范围内。在本发明金属板的涂装质量优异的情况下，即使其工艺所采用的漆 膜厚度明显小于现有技术的厚度(无填充层的工艺)，也可达到该DOI范围。因此，对于本 发明的涂漆金属板，无需填充涂层即可达到至少为94的DOI值。 在水平涂漆时，优质漆面的SW值(短波纹度)<25。其在水平涂漆时的LW值(长 波纹度)< 8。 在与表面成20°角的条件下测量汽车漆层的光泽度，结果优质漆面和劣质漆面获 得了同样高的光泽度值，而几乎与DOI和波纹度参数无关。光泽度主要取决于涂装系统以 及涂漆工艺参数，由光泽度无法断定漆面质量的好坏。 如果漆面符合图12中所示的总曲线，则通常认为该漆面质量优异。在这种情况
中，通常适用如下指标-所测得的波纹度不超过30 -Wb/Wd的理想值为1. 5 ("长波纹范围"，长波纹度重叠)
-Wd/Wc的理想值> 1 ("湿亮外观")
-该图形曲线应具有双峰("驼峰")
-可略微增大du和Wa，以掩盖橘皮。 织构化的金属板表面主要会影响Wb值。Wb值通常为数值最大的波纹度参数，并且 该值应尽可能低(图13)。为了获得优异的漆面，Wb值应低于30。 此外，金属板表面的质量对参数Wa有较小的影响。非常粗糙的金属板会对参数 Wc、甚至Wd产生不利的影响。在使用这种扁平轧材的情况中，会获得更难以通过涂漆技术 加以校正的过高的测量值。 另外，面漆可影响波纹度参数。透明涂料或其涂覆会影响波纹度值du(透明涂层 过于乳白，干喷该透明涂料)、Wc、Wd(透明涂层过薄)。粗略涂敷或者未经平化的阳离子电 泳漆层和填充涂层均会使Wb值显著增加。平化操作留下的痕迹或者干喷填料会使Wc值增 加。 —般来说，应尽可能使用具有稳定一致的粗糙度(限定在窄的公差范围内)、以及 经最优织构化的待涂漆金属板。具有多个参数以及可任选工序的涂漆工艺必须通过OEM而 尽可能保持恒定，以获得优质以及颜色的匹配，以及在使用具有特效颜料的现代漆料的情 况中，在不同的车身上获得相同或相似的效果。 低的Wb值(尤其是相对于塑料部件)对于涂漆金属板而言是一个重要因素。塑 料部件仅具有非常小的粗糙度，因此获得极低的Wb值以及非常平坦的结构谱图。如果车身 上的极光滑的涂漆塑料部件与极粗糙的涂漆金属表面相邻，则会认为这是非常不利的。当 注视车身时，这种"视觉中断"在整个漆面中显著可见，这是不利的。由于塑料部件的制造 商已通过注射成型模塑来赋予塑料部件以表面粗糙度或波纹度，因此应使涂漆塑料部件的 波纹度与涂漆金属部件的波纹度相匹配。
这里，根据本发明对金属板表面进行织构化，可制造在涂漆后具有较低Wb值的金 属板，其可与相邻的涂漆塑料部件产生更好的视觉匹配效果。尤其是在高级汽车的情况下， 现在越发流行使用所谓的"钢琴漆面"。钢琴漆面是指具有非常高的DOI值以及非常低的波 纹度的高反射性漆面，其范例为涂有亮光黑漆的大钢琴。 这样，通常仅通过重复进行平化和上漆而形成漆面。此外，可以看到，在豪华车、高 档和中档车中，开始流行使用大面积的玻璃车顶。这些玻璃车顶有时着深色，并且其边缘通 常被漆成黑色，以隐藏背面的胶接缝。由于深色玻璃车顶极为光滑并具有反射性，因此尤其 难以使其与相邻的金属部件(如车顶框或车顶板)的漆面相匹配。通过使用本发明的扁平 轧材便可克服这一问题。 理想的涂漆基底是平坦的，不具有任何粗糙不平处和表面不规则处。在金属板的 情况下，这在技术上是难以实现的，因为通常需将该表面成型为部件。为了进行成型，需要 一定的存油能力以进行润滑，而这又要求平坦的金属板具有一定的粗糙度/表面形貌。
在图13中，对于具有极粗糙的织构的金属板(破折线)、具有标准织构的金属板 (点划线)以及本发明的金属板(连续线)，将其漆层外观的测量值绘制为表面形貌的函 数。显然，在具有不利的粗糙织构时，Wb值大幅增加，并且在阳离子电泳涂漆和填充涂敷后，
使得漆面质量更差，或者需要更多的平化处理。同样明显的是，与此形成对比，对于成型工 艺，本发明的织构可以改善漆面质量，并且使Wb值减小。 在根据本发明的表面织构中，由于在平台上以及空穴内，大面积的平坦区域(其 仅仅被短而陡的斜面彼此隔开)均处于同一水平，因此可实现最优的折衷效果。这样，在 本发明的扁钢轧材中，表面上的会对总体印象产生不利影响的不平坦部分的数量被降至最 少。 漆面会在一定程度上反映出基底，并将基底上的任何不平坦处放大。图14示出金 属板结构/漆层结构间的相互关系。 图15示出具有填充涂层的劣质的汽车漆面(点线)、普通的汽车漆面(破折线) 和优质的汽车漆面(点划线)，以及与之相对比的、本发明的不具有填充涂层的涂漆金属板 (连续线)。可从中清楚地看出，与普通汽车漆面相比，本发明金属板的漆面的波纹度Wb显 著降低，从而提高了光泽度，并获得更高的DOI值。 以Wb值为例，图15中所示的本发明金属板的结构谱线位于优质汽车漆面曲线的 稍上方一点，并且显示出较低的Wd值。这是由于针对本发明的织构所选择的涂漆体系所 致。为了使金属板的织构/结构突出到Wb达到最大的程度，完全省略了涂覆填料的操作 (厚度约35 ii m的膜)。另外，既未采用特殊的无填料涂漆设计，也未对阳离子电泳涂层进 行平化。 尽管根据本发明构造的金属板略去了这些强化条件，但是其仍显示出与优质的汽 车漆面相当的涂漆效果。 由于在本发明的金属板上施加了较厚的透明涂层，因此可完全防止面漆对波纹度 参数Wd的任何影响(薄的透明涂层会导致更高的Wd值)。另外，这可以使织构化的变化 被清楚地显示出来。在结构谱图中，可看到比优质的汽车漆面的Wd值低的Wd值。因此，与 针对标准织构可测得的Wd值相比，本发明的金属板的Wd值降低了 。因此，为了获得具有图 12的总曲线所示的Wd/Wc比值的所需的涂漆结果，仅需调整透明涂层的厚度。
13
这样，即便在省略填充涂层的情况下，本发明的织构化的扁钢轧材也会获得优良 的涂漆结果，其具有优异的Wb值和DOI值。同时，与标准织构化相比，前者降低了长波纹度 Wd，结果使橘皮的形成降至最低程度。 因此，根据本发明构造的金属板优选适用于这样的涂漆设计，其中填料的涂敷操 作以及随后对填充涂层进行平化的操作均被省略。这样，本发明满足了对金属板基底、尤其 是汽车制造业中的金属板基底的需求，其可以使涂漆操作时间縮短，同时获得出色的使用 特性和外观。
权利要求
一种由金属材料、尤其是钢材制成的扁平轧材，在至少0.8×0.8mm2的基本区域内，在除去该扁平轧材的形貌中可能有的倾斜、通过高斯低通滤波器(λs＝10μm)滤掉高频部分、并以0.1μm的组距确定高度值频率分布之后，所述扁平轧材的表面符合以下特征a)所述高度值频率分布具有两个明显的极大值，其等同对应于所述表面的明显的峰水平和谷水平；b)当仅观测相对于所述基本区域(水平方向)的倾斜度至多为5°的那些形貌区域时，所述高度值频率分布分成至少两个局部主极大值，所述局部主极大值大致为正态分布，标准偏差(宽度)2σ≤2μm(峰)并且宽度2σ≤1μm(谷)；c)所述峰的频率大于所述谷的频率；d)较大的、代表所述峰的主极大值同时也是绝对极大值；e)所述高度值频率分布的所述极大值之间的距离达到1μm至5μm；f)在峰水平和谷水平二者正中间的水平上，所述谷或所述峰的半宽度最高达到40μm或100μm，其中至少99.99％的形貌测定点距所述谷或所述峰的边缘具有符合该条件的最小距离。
2. 根据权利要求1所述的扁平轧材，其特征在于所述扁平轧材为钢板或钢带。
3. 根据权利要求2所述的扁平轧材，其特征在于所述钢板或钢带设置有防腐蚀保护层。
4. 根据权利要求3所述的扁平轧材，其特征在于所述防腐蚀保护层为基于锌的镀层。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的扁平轧材经过成型而用于制造部件的用途， 所述部件涂覆有面漆。
6. —种用于制造根据权利要求1至4中任意一项所述的扁平轧材的轧辊，其中，在至 少0. 8X0. 8mm2的基本区域内，在除去该轧辊的形貌中可能有的倾斜、通过高斯低通滤波器 (入s= lOym)滤掉高频部分、并以0. lym的组距确定高度值频率分布之后，所述轧辊的表 面符合以下特征a) 所述高度值频率分布具有两个明显的极大值，其等同对应于所述表面的明显的峰水 平和谷水平；b) 当仅观测相对于竖直方向的倾斜度至多为5。的那些形貌区域时，所述高度值频 率分布分成至少两个局部主极大值，所述局部主极大值大致为正态分布，标准偏差(宽 度)2q《10iim(谷)并且宽度2 0《liim(峰)；c) 在所述轧辊表面上，所述谷的频率大于所述峰的频率；d) 所述轧辊表面的所述明显的峰水平和谷水平之间的距离大于所获得的扁平轧材表 面的峰水平和谷水平之间的距离；e) 在峰水平和谷水平二者正中间的水平上，所述谷或所述峰的半宽度最高达到 100 ii m，其中至少99. 99%的形貌测定点距所述谷或所述峰的边缘具有符合该条件的最小 距离。
7. —种制造根据权利要求1至4中任意一项所述的扁平轧材的方法，其中 -提供由金属材料构成的扁平制品，其中至少待设置根据权利要求1构造的表面形貌的表面具有至多为1. 5 ii m的算术平均粗糙度，以及-对提供的所述扁平制品进行表皮光轧，其中根据权利要求5构造的轧辊作用于所述的待设置根据权利要求1所述的表面形貌的表面上，从而获得具有根据权利要求1构造的 表面的扁平轧材。
全文摘要
应用本发明，可系统地得到金属扁平轧材，其具有精细的、随机或拟随机的表面织构，使得在涂敷典型的汽车漆后，如果该表面织构还可见的话，则其仅仅是刚好可被人眼感知。同时，在根据本发明构造的表面形貌的情况下，峰平台与谷之间的过渡是通过陡的侧面实现的。这样，便使得金属板表面的形态实际上与谷的真实深度无关。因此，本发明的金属扁平轧材的金属板表面的形态也与通过表皮光轧而产生所述精细的金属织构时所应用的表皮光轧率无关。
文档编号B21B27/00GK101707928SQ200880021379
公开日2010年5月12日 申请日期2008年6月20日 优先权日2007年6月22日
发明者乌多·舒洛卡特, 博多·黑塞, 卡尔-海因茨·科佩林, 托尔斯滕·赫勒斯, 汉斯-格尔德·魏恩, 福尔克特·舒尔策-克拉施, 罗兰·迈尔, 英戈·罗格纳 申请人:蒂森克虏伯钢铁股份公司;瓦尔森服务中心有限公司