专利名称：用于改善冷轧薄钢板使用性能的平整工作轧辊的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种平整工作辊，尤其是用于平整冲压性能以及涂镀层光亮度与牢固度均优良的薄钢板的工作辊。
冷轧薄钢板的平整工艺有两个目的一是要轧掉物理屈服点和屈服平台，二是给板面一定形貌以提高所轧钢板的冲压性能和涂、镀层光亮度，改善延伸性能。现有的冷轧平整工艺一般采用喷丸毛化辊，即用具有一定尺寸的小钢球在高速气流作用下，喷射到轧辊表面，通过局部变形形成微坑，同时作用区的材料因冷作变形而硬化(辊面硬度较喷丸前略有提高)。由于钢球的尺寸在喷丸过程中会因磨损而不断减少甚至破裂，它们在轧辊表面形成的微坑的尺寸和形状不规则、深浅不一、分布不均。由于辊面硬度较低，复制到被轧钢板表面的辊面形貌的尺寸和形状性衰减很快，重现性差，影响钢板表面质量的一致性。此外，喷丸设备占地面积大，喷丸过程中会因钢球撞击轧辊发生破碎、产生粉尘和噪音污染。
本实用新型的目的是提供一种改善冷轧带钢使用性能，提高成材率和生产效率的平整工作辊。
本实用新型具体的解决方案为一种用于改善冷轧薄钢板使用性能的平整工作辊，其特征在于该轧辊表面轮廓高度中心线算术平均值(即表面粗糙度Ra)在0.3～2.0微米这个范围之内，构成上述表面粗糙度的显微形状为椭圆形封闭式微坑，在椭圆形长边走向的周边处有一马蹄形的突起，其断面尺寸的参数满足下列条件
微坑外缘沿长轴和短轴的直径分别为D1、D2；微坑内缘沿长轴和短轴的直径分别为d1、d2；长轴方向微坑中心间距离为Sm1；短轴方向微坑中心间距离为Sm2；微坑外缘平均直径D＝(D1＋D2)／2，50μm＜D＜250μm；微坑中心间平均距离Sm＝(Sm1＋Sm2)／2，50μm＜Sm＜250μm；凸包高度h≤5μm；坑深度H≤10μm并且，H≤所轧钢板厚度的1％；椭圆度0.5≤e＝a／b≤2.0。
其中，马蹄形的突起呈园滑状。该平整工作辊用激光毛化方法制得。
平整工作辊表面形貌的设计与所轧钢板表面的平面度参数相对应；钢板表面平面度满足如下关系式n－单位面积内总平面度；其中，0.6＜n＜0.95n1－单位面积内总平面度；n2－单位面积内坑外平面度；在Sm1／D1≥1Sm2／D2≥1的条件下有n＝n1＋n2＝1－0.785D1D2(1－k1k2)／(Sm1·Sm2)式中0≤k1＝d1／D1≤1，0＜k2＝d2／D2≤1。
上述的微坑和突起具有一硬化的表面层，硬化层结构包括最表层超细晶粒和隐针马氏体硬化层，层深为10～30um；第二层的热影响区；内层的基体。
本实用新型由于采用了上述轧辊表面形貌设计，能有效地改善平整时工作辊与被轧薄钢板之间的摩擦和润滑条件，提高平整轧制速度，有利于改善板形。此外，上述形貌设计还能在充分保证被轧薄钢板冲压性能的同时，有效地提高钢板表面的平面度和通过具有一定形状和分布的马蹄形微坑提高钢板对涂镀层的附着力。
本实用新型采用了激光毛化加工方法，即用脉冲激光在轧辊表面按一定分布局部熔融辊面材料，同时用辅助气体将熔融物吹出熔池在池边缘和池外冷却形成凸包。由于加热时间短促，靠轧辊自身冷却温度梯度很大，熔融物迅速冷却、形成超细晶粒〔平均晶粒直径(≤1μm)为现有处理方法的几十分之一〕增加了材料的强度和耐磨损能力。由于局部激光淬火，在轧辊表面作用区形成了三层硬化层结构最表层超细晶粒和隐针马氏体硬化层，其硬度≥HRV900，层深约20μm；第二层是热影响区，其硬度约为HRV850，厚度约20μm；内层为原来基体，其硬度约为HRV800(如
图1所示)。由于上述加工，在辊面形成的凹坑在轧制过程中，通过储油加强润滑作用，同时收集磨损碎颗粒；高硬度的辊面凸包在轧制过程中能迅速咬入钢板，因而减少轧制中的打滑现象，改善了薄钢板的表面质量和板形。平整工作辊经激光毛化处理后，局部熔融硬化点的硬度≥HRV900，这样可在相对较软、韧性较好的轧辊表面上形成按一定间隙均匀分布的硬质点，这些硬质点可以大大提高轧辊的耐磨能力，而较软的基体则可起变形缓冲作用，有利于提高轧辊的使用寿命。
与喷丸辊平整出的薄钢板相比较，经激光毛化辊平整出的薄钢板表面坑形规则、均匀；尺寸、分布可控，平面度高；凸包圆滑、板形好、表面质量好、成品率高；杯突值比喷丸辊平整出的板面提高5～10％，比砂轮磨光辊轧板提高10～20％；延伸率提高5％以上。同时，激光毛化辊寿命长、硬度高，工作环境好(如图4所示)。
图1为本实用新型YAG激光毛化微坑改性(硬化)情况示意。
图2为本实用新型表面微坑形状的断面图。
图3为本实用新型的形貌图。
图4为本实用新型与喷丸毛化辊寿命比较。
图5为本实用新型板面坑形及平面度计算示意图。
在
图1中，1为硬化层，2为热影响区，3为基体。
在图4中，4为激光毛化辊寿命曲线，5为喷丸毛化辊寿命曲线。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明一种用于改善薄钢板使用性能的平整工作辊，其特征在于该轧辊的表面轮廓高度中心线算术平均值(即表面粗糙度Ra)在0.3～2.0微米这个范围内，构成上述表面粗糙的显微形状为椭圆形封闭式微坑，在椭圆形长边走向的周边处有一马蹄形的突起，其断面尺寸的参数满足下列条件微坑外缘沿长轴和短轴的直径分别为D1、D2；微坑内缘沿长轴和短轴的直径分别为d1、d2；长轴方向微坑中心间距离为Sm1；短轴方向微坑中心间距离为Sm2；微坑外缘平均直径D＝(D1＋D2)／2，D＝120μm；微坑中心间平均距离Sm＝(Sm1＋Sm2)／2，Sm＝150μm；凸包高度h＝2μm；坑深度H＝3μm并且，H≤所轧钢板厚度的1％；椭圆度e＝a／b＝1.5。
其中，马蹄形的突起呈圆滑状(如图2、3所示)。该平整工作辊由激光毛化方法制得。
平整工作辊表面形貌的设计与所轧钢板表面的平面度参数相对应；钢板平面表面度满足如下关系式n－单位面积内总平面度；n＝0.7n1－单位面积内坑内平面度；n2－单位面积内坑外平面度；在Sm1／D1≥1Sm2／D2≥1的条件下有n＝n1＋n2＝1－0.785D1D2(1－k1k2)／(Sm1·Sm2)式中0≤k1＝d1／D1≤1，0＜k2＝d2／D2≤1。
上述的突起具有一硬化的表面层，硬化层结构包括最表层超细晶粒和隐针马氏体硬化层，层深为20μm；第二层的热影响区；内层的基体。(如
图1所示)为了获得既有良好冲压成形性，又有优良涂镀层光亮度和附着力的优质薄钢板，必须在平整工作轧辊表面寻找一组与钢板表面最佳形貌相对应的形貌参数。
权利要求1.一种用于改善冷轧薄钢板使用性能的平整工作轧辊，其特征在于该轧辊表面轮廓高度中心线算术平均值(即表面粗糙度Ra)在0.3～2.0微米这个范围内，构成上述表面粗糙度的显微形状为椭圆形封闭式微坑，在椭圆形长边走向的周边处有一马蹄形的突起，其断面尺寸的参数满足下列条件微坑外缘沿长轴和短轴的直径分别为D1、D2；微坑内缘沿长轴和短轴的直径分别为d1、d2；长轴方向微坑中心间距离为Sm1；短轴方向微坑中心间距离为Sm2；微坑外缘平均直径D=(D1+D2)/2，50μm＜D＜250μm；微坑中心间平均距离Sm=(Sm1+Sm2)/2，50μm＜Sm＜250μm；凸包高度h≤5μm；坑深度H≤10μm并且，H≤所轧钢板厚度的1%；椭圆度0.5≤e=a/b≤2.0；马蹄形的突起呈圆滑状；该平整工作辊用激光毛化方法制得。
2.根据权利要求1所述的用于改善冷轧薄钢板使用性能的平整工作辊，其特征在于平整工作辊表面形貌的设计与所轧钢板表面的平面度参数相对应；钢板表面平面度满足如下关系式n－单位面积内总平面度；其中，0.6＜n＜0.95n1－单位面积内坑平面度；n2－单位面积内坑外平面度；在Sm1／D1≥1 Sm2／D2≥1的条件下有n＝n1＋n2＝1－0.785D1D2(1－k1k2)／(Sm1·Sm2)式中0≤k1＝d1／D1≤1，0≤k2＝d2／D1≤1
3.根据权利要求1或2所述的用于改善冷轧薄钢板使用性能的平整工作辊，其特征在于所述的微坑和突起具有一硬化的表面层；硬化层结构包括最表层超细晶粒和隐针马氏体硬化层、第二层的热影响区和内层的基体。
4.根据权利要求3所述的用于改善冷轧薄钢板使用性能的平整工作辊，其特征在于最表层细晶和隐针马氏体硬化层层深为10～30μm，内层为原来基体。
专利摘要本实用新型涉及一种平整工作辊，尤其是用于平整冲压性能以及涂镀层光亮度与牢固度均优良的薄钢板的工作辊。本实用新型具体的解决方案为一种用于改善冷轧薄钢板使用性能的平整工作辊，其特征在于该轧辊表面轮廓高度中心线算术平均值(即表面粗糙度Ra)在0.3～2.0微米这个范围内；构成上述表面粗糙度的显微形状为椭圆形封闭式微坑；在椭圆形长边走向的周边处有一马蹄形的突起，马蹄形的突起呈圆滑状。本实用新型用激光毛化方法制得。本实用新型可改善冷轧薄钢板的使用性能，提高成材率和生产效率。
文档编号B21B27/00GK2183225SQ9322126
公开日1994年11月23日 申请日期1993年8月12日 优先权日1993年8月12日
发明者陈光南, 杨明江, 孙传香, 吴坚 申请人:中国科学院力学研究所