用于涂漆零件的钢基底的制作方法

涂漆钢零件，例如对于汽车的外部板件(panel)，如引擎盖和车门，受到其生产商的严格要求。这些要求之一涉及涂漆零件的涂料外观。

用于生产涂漆零件的钢基底通常涂覆有金属涂层，例如锌基涂层。制造商在压机中将(涂覆的)基底成形为期望的板件形状。在压制之后，通常使用一层或多层涂料对板件进行涂漆。

具有非常好的涂料外观的外部板件是非常有价值的，即当板件具有镜面状表面时，该镜面状表面反射光而无畸变，从而导致锐利的反射图像。涂料外观受涂料品质的影响，而且受(涂覆)基底表面的影响。该表面由可变尺寸和幅度的面内结构组成。较小的结构被表面粗糙度捕获，而较大的结构被所谓的表面波纹捕获。

本领域技术人员知晓较大的表面结构(例如表面波纹)透过不同的涂料层。因此，(涂覆)基底表面的波纹在一定程度上仍然存在于外部涂料层的表面。可以测量涂漆零件的涂料外观，并用不同的测量值表示，例如在使用bykwavescandual测量时的长波纹度lw。由于长波纹度的透过效应，涂漆零件的长波纹度或类似值与未涂漆成形零件的表面波纹度有关。例如在以下文献中给出lw与(涂覆)基底表面的波纹度之间的典型关系：戛纳会议：lightweightdesign:newhighperformancesteelwithoptimizedpaintappearancefornewcarbodies,matthijstoose,28^thinternationalconferenceonautomotivebodyfinishing“surcar”,june18-192015,cannes,或巴特瑙海姆会议:carbodypainting2015,32^ndworkshopofthe1^stgermanautomotivecircle,9-10november2015,badnauheim。重要的是要意识到应在已施加压制或成形之后测量该表面波纹度。

本领域技术人员知晓，成形零件的表面波纹度是未变形(例如平坦)零件的表面波纹度以及由成形步骤引入的波纹度增加的结果。成形零件的波纹度与未变形零件的波纹度之间的差异被称为δ波纹度，例如δwsa。由于带材产品的生产过程的特定性质，成形表面显示出线条状图案，其中线条垂直于轧制方向。这种观察结果的含义是，在轧制方向上的δ波纹度比其它方向上的更高。这种方向效应也强烈地存在于涂料外观值中，因此重要的是应使轧制方向上的δ波纹度尽可能多。

本发明的一个目的是提供一种用于涂漆零件的钢带材、片材或坯料，其具有提供良好涂料外观的波纹度。

本发明的另一目的是提供一种方法，通过该方法可以生产具有波纹度的钢带材，所述波纹度提供良好的涂料外观。

本发明的又一目的是提供一种钢带材、片材或坯料，其δ波纹度可以被控制。

根据本发明，提供一种用于涂漆零件的钢带材、片材或坯料，所述带材、片材或坯料任选地被金属涂覆，其中所述钢是超低碳(ulc)钢类型，其具有如下组成(以重量％计)：

c：最大0.007

mn：最大1.2

si：最大0.5

al：最大0.1

p：最大0.15

s：0.003-0.045

n：最大0.01

ti，nb，mo：

如果ti≥0.005且nb≥0.005：

0.06≤4ti+4nb+2mo≤0.60

否则

0.06≤ti+2nb+2mo≤0.60

以及一种或多种任选元素：

cu：最大0.10

cr：最大0.06

ni：最大0.08

b：最大0.0015

v：最大0.01

ca：最大0.01

co：最大0.01

sn：最大0.01

余量是铁和不可避免的杂质，

从而导致表面因带材、片材或坯料的成形所致的δ波纹度δwsa≤0.12μm，δwsa定义为wsa(成形)减去wsa(平坦)，其中wsa(成形)是任选金属涂覆的基底表面在成形之后的wsa值，以及wsa(平坦)是任选金属涂覆的基底表面在成形之前的wsa值。

发明人已发现，超低碳钢对于生产具有低δ波纹度δwsa(特别是δwsa≤0.12μm)的零件是必需的。

ulc超低碳钢通常用于要求高成形性的应用。超低碳钢中的碳应保持为低，因为对于深拉(deepdrawing)，任何固溶的碳会对优选的再结晶织构产生有害影响。在if(无间隙原子)钢中，这是一种特殊类型的ulc钢，所有碳都析出以避免任何固溶的碳。在bh(可烘烤硬化)钢中，其也是一种特殊类型的ulc钢，有限水平的碳保持固溶以便受益于烘烤期间的强度增加，并且剩余的碳也应该析出。在两种情形中，碳的总水平不应超过0.007重量％，否则形成的析出物的量和尺寸将妨碍成形性。为了进一步改善成形性，在本发明的合金中优选具有不超过0.005重量％的碳。

锰是一种固溶强化元素，因此可被加入以增加强度，但它对深拉性有负面影响。因此，mn水平应保持为最大1.2重量％。此外，mns的形成可能妨碍优选的ti4c2s2析出物的形成。由于后一原因，并且为了不过多地损害成形性，优选具有最大1.0重量％的mn，或甚至更优选具有最大0.8重量％的mn。

硅也是固溶强化元素，因此可被加入以增加强度。然而，如果si水平过高，则由于形成mn2sio4尖晶石型氧化物和/或sio2，涂层粘附性可能劣化。因此，最大si水平为0.5重量％，更优选最大0.25重量％。

磷是一种非常有效的固溶强化元素，但高水平的p可能过度增加韧脆转变温度(dbtt)，特别是在if钢中。添加硼可以抵消这种效果，但是p水平应为最大0.15重量％。此外，高水平的p将增加不希望的fe-ti-p析出物形成的变化。因此，优选将最大p水平保持在0.10重量％。

需要硫以确保形成优选的ti4c2s2析出物。然而，如果s的水平过高，则在热轧期间tic的形成受到抑制，这将导致快速再结晶，随后晶粒生长。因此，对于本发明来说重要的是将s限制到最大0.045重量％，更优选最大0.02重量％。

主要添加铝以结合任何剩余的氧，但它也可用于与氮一起析出。为了结合氧，优选0.01重量％的最低铝水平。随着铝水平的增加，铸造期间堵塞的风险也增加。因此，将al的最大水平设定为0.1重量％。

固溶的氮作为间隙元素存在，其妨碍了成形性。因此其应该完全析出。通常加入ti、al或b以确保所有n已析出。然而，n水平不应超过0.01重量％，n的量应优选不大于0.006重量％。

钛、铌和钼是强的晶粒细化剂，并且这些元素中至少一种的存在对于本发明是必要的。nb和mo作为晶粒细化剂甚至比ti更有效；基于发明人的观察，nb和mo的有效性强约2倍(当以重量％给出时)。此外，当ti和nb都存在时，它们相互增强，使得它们组合存在作为晶粒细化剂时的有效性是仅有ti时的约4倍。这些元素起作用是因为它们与n和/或c一起析出，并且形成的析出物阻碍再结晶和晶粒生长；还已知nb在固溶时阻碍再结晶和晶粒生长。钒也可以起作用，但钒析出物可以在冷轧后用于退火的温度下溶解，这使得这些析出物的效果较差。

对于bh合金，固溶的碳量是重要的并且需要加以控制。因为ti、nb、mo和v与碳一起析出，所以它们对于控制固溶c量也是重要的。对于bh钢，需要仔细调节c、n、ti、mo、v和nb之间的平衡。在if钢中，可以允许一些过量的ti或nb。这将ti限制在0.06和0.60重量％之间，或将nb限制在0.03和0.30重量％之间或将mo限制在0.03和0.30重量％之间；这三种元素的组合也是可能的，在该情形中，4×(ti+nb)+2×mo应为0.06-0.6重量％。

本发明人已发现ti、nb和mo的量特别重要。ti或2×nb或2×mo的量必须为至少0.06重量％，或者当这些元素组合时，4×(ti+nb)+2×mo的量必须为至少0.06重量％。在较低水平的ti或nb或mo或其组合时，ulc钢将不会导致具有恰当δwsa的钢零件。当使用大于0.60重量％的ti或大于0.30重量％的nb或大于0.30重量％的mo时，或当这些元素组合时，使用大于0.6的4×(ti+nb)+2mo(均以重量％计)的量，ulc钢将不会改善性能或者所述钢的性能可能更差。

允许铜为至多0.10重量％。它可导致cus的形成，其具有合适的尺寸时可能阻碍再结晶和晶粒生长，但它也与更期望的ti4c2s2竞争。因此，更优选0.04重量％的最大水平。

铬和镍基本上是杂质，但分别为0.06重量％和0.08重量％的最大值不会有害。然而，更优选各自具有0.04重量％的最大值。

硼是间隙元素，因此固溶的硼应保持保持尽可能低，将b限制在最大0.0015重量％。可以添加硼以减少过高dbtt的机会，特别是在p合金化的if钢中。也可以添加它以确保所有n都析出。另一方面，多于0.0008重量％的b可能导致表面缺陷，因此更优选的范围是0.0005-0.0008重量％的b。

钴和锡基本上是杂质，但两者都可允许为最大0.04重量％。

有时在钢中添加至多0.005重量％的钙用于脱氧和/或脱硫。可以允许至多0.01重量％的水平而不会使性能劣化。

优选地，在上述ulc钢组成中，ti、nb和mo的量如下(以重量％计)：

如果ti≥0.005且nb≥0.005：

0.06≤4ti+4nb+2mo≤0.30

否则

0.06≤ti+2nb+2mo≤0.10。

优选地，ti、nb和mo的组合式的上限为0.30，因为以如此高的量需要这些元素是不寻常的。出于同样的原因，在ti和/或nb≤0.005的情形中，更优选的上限水平为0.1重量％。

根据优选实施方案，使用可烘烤硬化的超低碳钢带材、片材或坯料，其中关于c、n和s水平如下调节ti、nb和mo的量(均以重量％计)：

ti(游离)＝ti-3.43n-1.5s

如果ti(游离)≤0则ti(c)＝0，否则ti(c)＝ti(游离)

和csol＝c-0.125mo-0.129nb-0.25ti(c)

使得0.0008≤csol≤0.0033

并且此外，如果ti和nb都>0.005重量％

0.06≤4(ti+nb)+2mo≤0.60重量％

否则：0.06≤ti+2nb+2mo≤0.60重量％。

对于bh钢(可烘烤硬化的钢)，一些游离碳(csol)对于烘烤硬化响应是必不可少的，因此存在csol的下限；过高的csol水平可导致快速的自然老化而不是烘烤硬化效应，因此存在csol的上限。

根据本发明的第二方面，所述钢具有基本上等轴的中值晶粒尺寸小于11.0微米的晶粒。

发明人已发现，晶粒尺寸是波纹度的重要决定性因素，尤其是用于确定δwsa。通过确定许多钢样品的晶粒尺寸和δwsa，发明人已经能够确定晶粒尺寸与δwsa之间的关系，其中基本上等轴的晶粒具有小于11.0微米的中值晶粒尺寸，导致带材、片材或坯料的表面的δwsa≤0.12μm。wsa在标准sep1941中定义。晶粒尺寸与δwsa之间的关系使得能够在控制钢基底的晶粒尺寸时产生具有期望的δwsa≤0.12μm的钢带材、片材和坯料。晶粒尺寸是连续退火以及任选地金属涂覆后的晶粒的尺寸。本发明人已发现当与超低碳钢类型结合时，晶粒尺寸应小于11.0微米，超低碳钢类型主要用于涂漆零件例如汽车的外部板件，使得当钢的组成如上所述时结合以提供具有合适尺寸的晶粒—作为基本等轴的晶粒该尺寸是小于11.0微米的平均尺寸。

基本上等轴意味着，在横截面(rd/nd面)中，与平行于rd的直线相交的晶界数目除以与nd中相等长度的直线相交的晶界数目是至少0.66；该直线应足够长以便在rd中以及在nd中产生至少200个交点，或者使用若干相等分布的线重复该过程，使得rd中以及nd中的所有交点的总和为至少200。在后一种情形中，rd和nd中的交点数目在划分它们之前在线上计数。发明人使用以下程序：

在横截面(rd/nd面)中，测量与均等分布在nd(法线方向)上并且平行于rd(轧制方向)的10条直线相交的晶界数目。还测量了与均匀分布在rd上并且平行于nd的10条直线相交的晶界数目。rd和nd中的线具有相等的长度并且足够长以产生每条线至少20个晶界交点。rd中的所有线上的交点总数除以nd中的所有线上的交点总数，并且在所有情形中，此数≥0.66。

具有基本上等轴的晶粒且中值晶粒尺寸小于11.0微米是一个重要条件，但其它条件也是重要的以获得最佳结果。在冷轧机的最后机架处的粗糙度，以及平整机的粗糙度，以及冷轧机的最后机架处和平整机处产生的压下量是需要控制的参数；这对于本领域技术人员来说是已知的。

优选地，基本上等轴的晶粒具有小于10.0微米的中值尺寸。晶粒尺寸越小，δwsa将越低。小的中值晶粒尺寸可导致0.10或甚至更小的δwsa。

根据优选的实施方案，带材、片材或坯料的未变形钢表面具有波纹度wsa≤0.35μm，其中在轧制方向上测量wsa，优选波纹度wsa≤0.32μm，甚至更优选wsa≤0.29μm，甚至更优选wsa≤0.26μm。未变形钢表面的波纹度与δwsa组合决定成形零件的wsa。

优选地，带材、片材或坯料涂覆有锌基涂层、zn-al-mg基涂层或铝基涂层。优选地，该锌基涂层由0.1-1.2重量％的铝和至多0.3重量％的其它元素、余量的不可避免杂质和锌组成，或者该zn-al-mg基涂层优选由0.2-3.0重量％的铝和0.2-3.0重量％的镁、至多0.3重量％的其它元素、余量的不可避免杂质和锌组成，或者该铝基涂层优选由0.2-13重量％的硅、至多0.3重量％的其它元素、余量的不可避免杂质和铝组成。

这些涂层用于汽车工业且因此优选用于涂覆钢带材、片材或坯料。提到的其它元素可以是si、sn、bi、sb、ln、ce、ti、sc、sr和/或b。

根据本发明的第三方面，提供一种用于生产根据本发明第一或第二方面的钢带材的方法，其中钢带材是热轧和冷轧的，并且其中最后的机架或用于冷轧的唯一机架包含粗糙度ra在0.5μm和7.0μm之间的工作辊。

发明人发现，当钢带材的晶粒尺寸足够细时，如本发明的第一方面所示，可以使用具有0.5μm和7.0μm之间的粗糙度ra的冷轧机的最后机架中的工作辊。本领域技术人员知晓降低最后机架冷轧机粗糙度将有利于在进一步成形之后降低wsa值。然而，发明人已发现不需要使用具有小于0.5μm粗糙度ra的冷轧机的最后机架中的工作辊。使用粗糙度ra小于0.5μm的工作辊具有缺点，因为它们将需要非常特殊的研磨操作来制备。

优选地，最后机架或唯一机架中的工作辊的粗糙度ra在0.55μm和5.0μm之间，更优选在0.6μm和4.0μm之间，最优选在0.6μm和2.0μm之间。发明人已经发现，具有在这些极限之间的粗糙度的工作辊提供良好的结果。

当冷轧机包含一个机架时，工作辊应具有在0.5μm和7.0μm之间的粗糙度ra。

当冷轧机包含两个机架时，第一机架的工作辊应具有在0.6μm和3.0μm之间的粗糙度ra，并且最后机架的工作辊应具有在0.5μm至7.0μm之间的粗糙度ra。

当冷轧机包含三个或更多个机架时，第一机架的工作辊应具有在0.6μm和3.0μm之间的粗糙度ra，中间机架的工作辊应具有在0.3μm和0.8μm之间的粗糙度ra，并且最后机架的工作辊应具有在0.5μm和7.0μm之间的粗糙度ra。

以上显示发明人已发现在带材离开冷轧机之前使用的工作辊始终应当具有0.5μm和7.0μm之间的粗糙度ra。当使用单独的第一机架时，其粗糙度应在0.6μm和3.0μm之间。如果存在中间机架，则它们应具有低的粗糙度：在0.3μm和0.8μm之间。

当在上述情形中指示在0.5μm和7.0μm之间的粗糙度ra时，应理解的是，更受限的范围也可适用。

优选地，对冷轧带材进行表皮光轧(skinpass)，优选在施加金属涂层之后，使用粗糙度在0.5和4.0μm之间(优选粗糙度≤2.8μm)的平整辊。表皮光轧辊的粗糙度转移到所成形的带材、片材或坯料上，从而对平坦产品的波纹度有强的影响。

根据本发明的第四方面，生产用根据本发明的第三方面的方法生产的带材，其中该带材的表面具有低于2.0μm的粗糙度ra和在带材轧制方向上低于0.6μm的波纹度wsa，对于用具有在4和12μm之间的涂层厚度的铝基涂层涂覆的带材而言。

优选地，该带材在带材轧制方向上具有在0.7和1.6μm之间的粗糙度ra以及在0.15和0.35μm之间的波纹度wsa。

实施例

对于几种bh和if合金，确定晶粒尺寸以及深冲(cupping)前后的波纹度wsa。

所有样品均来自在5机架冷轧机上冷轧的卷材。第一机架具有ra1.2±0.2μm的磨削粗糙度；第二、第三和第四机架具有ra0.6±0.2μm的磨削粗糙度。最后的机架具有ra4.5±0.2μm的edt粗糙度。在冷轧之后，对卷材连续退火，最高温度为810±20℃，并且在470±10℃热浸镀锌。使用气刀来调节涂层厚度，并在气刀之后立即施加冷却以使涂层固化。最后，对带材进行平整轧制。平整机的粗糙度为edt1.9±0.1μm。

这些合金的化学成分在表1中给出。

如下测定晶粒尺寸：

样品制备

将样品的rd-nd截面固定在导电树脂(所谓的polyfast)中并机械抛光至1μm。小心地去除由先前的研磨和抛光步骤引起的任何表面变形。为了获得完全无变形的表面，用硅胶进行最后的抛光步骤。

sem

使用配备有edaxpegasusxm4hikariebsd系统的feg-sem(场发射枪扫描电子显微镜，zeissultra55feg-sem)进行显微组织分析。典型使用以下sem设置进行报告样品的ebsd(电子背散射衍射)扫描：

在样品的rd-nd平面上收集ebsd扫描。在sem中将样品置于70°角度下。加速电压为15kv，高电流选项开启，使用120μm孔径，并且在扫描期间的工作距离典型为17mm。为了补偿样品的70°倾斜角，在扫描期间使用动态聚焦校正。

ebsd数据收集

使用来自公司edax的软件(tsloimdatacollection版本7.0.1.(8-27-13))捕获ebsd扫描。典型使用以下数据收集设置：以6×6合并的hikari相机，结合以标准背景减除。在所有情形中扫描区域最多为样品厚度，并且注意不要在扫描区域中包括非金属夹杂物。

ebsd扫描尺寸：500×500μm，步长0.5μm。扫描速率约80帧/秒，扫描期间包括的相：fe(α)。在数据收集期间使用的霍夫(hough)设置为：合并的图案尺寸～96；θ设置尺寸：1；ρ分数≈90；最大峰数：13；最小峰数：5；霍夫类型：经典；霍夫分辨率：低；蝴蝶卷积模板：9×9；峰对称性：0.5；最小峰幅度：5；最大峰距离：15。

ebsd数据评价

使用tsloim分析软件版本7.1.0x64(30-14-14)评价ebsd扫描。典型地，数据集在rd上方旋转90°以使扫描相对于测量方向处于正确的方向。进行标准的晶粒扩张清理(gta5，最小晶粒尺寸5并且晶粒必须包含多行单次迭代)。

通过使用尖端半径为2μm的无滑动触针装置测量表面轮廓。对每个样品产生五个具有70mm长度的迹线和1000点/mm的点密度。根据sep1941计算wsa，而根据iso4287计算粗糙度，其中使用2.5mm的截止值。对每个样品确定五个迹线的算术平均值以给出所考虑的特定值，即粗糙度或波纹度。

通过在具有直径75mm的空心冲头和压边力的压力机中压制145mm×145mm的坯料来制造杯状物，使得(涂覆)基底在压边器和压模之间的任何材料移动被完全抑制。杯状物的变形使得底部中的厚度应变为9％+/-0.3％。这里，厚度应变定义为(t(原始)-t(变形))/t(原始)×100％，其中t(原始)是未变形的厚度以及t(变形)是变形后的厚度。

结果如表2所示。该表显示，为了增加δwsa≤0.12μm的机会，材料的晶粒尺寸需要小于11.0μm。

表2：测量的晶粒尺寸，δwsa和“ti/nb/mo的有效性”；

δwsa>0.12由‘x’表示，δwsa≤0.12由‘o’表示

“ti/nb/mo的有效性”是：

如果ti和nb均≥0.005重量％：4(ti+nb)+2mo

否则ti+2nb+2mo

合金4a的晶粒尺寸<11.0μm，其确实导致δwsa≤0.12，尽管“ti/nb/mo的有效性”<0.06。这表明即使当“ti/nb/mo的有效性”过低时，也可能得到好的产品，但好的结果并不常见。

发明人已经发现δwsa确实非常依赖于中值等轴晶粒尺寸，两者关于δwsa的下限和上限。

在上述实施例之后，进行了一些另外的实验。在这些实验中，改变冷轧机的最后机架中的轧辊的粗糙度。上述实施例中使用的方法的所有其它参数保持相同。使用的合金是bh型，在下面给出化学成分的典型值，所有元素以重量％表示：

c＝0.0029

mn＝0.132

p＝0.009

s＝0.007

si＝0.003

alsol＝0.044

cu＝0.013

sn＝0.004

cr＝0.019

ni＝0.016

mo＝0.003

nb＝0.0075

v＝0.001

b＝0.001

ti＝0.009

n＝0.0021。

除了冷轧机的最后机架的粗糙度之外，对表1中给出的样品如上所述进行处理。对于冷轧机的最后机架中的轧辊的粗糙度，使用具有四种不同值的粗糙度。通过edt技术获得的轧辊的粗糙度ra分别为1.5、3.0、4.5和6.0μm。图1显示了在这四个实验中获得的δwsa；深冲之前样品的ra值在1.05和1.2μm之间，深冲之前样品的rpc在80和105cm^-1之间。(rpc是峰值数，即每个给定长度的粗糙度峰值的数目)。

图1显示冷轧机的最后机架的粗糙度可对所获得的δwsa产生显著影响。