УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛА
DEVICE AND METHOD FOR METAL ROLLING

Область техники
Настоящее изобретение относится к изготовлению листового материала и, в частности, к способам и устройству для прокатки металла, например, алюминия и алюминиевых сплавов, в листы и для изготовления листового материала с требуемыми свойствами на поверхности и в приповерхностном слое.
Уровень техники
Известны различные способы прокатки алюминия и получения готового прокатанного листа с конкретной текстурой поверхности. Текстуру на поверхности листа можно создавать при помощи валка, поверхность которого текстурирована при помощи таких процессов, как "Электроразрядное текстурирование" (EDT), шлифование, перекрестное шлифование, струйная обработка шариками или дробью и т.д. В том виде, как используется в данной области техники, "текстурированный валок", как правило, будет иметь следующее определение: валок с произвольным или повторяющимся рисунком, изотропным или направленным рисунком из поверхностных выступов и впадин с заданными средними высотой и интервалом, созданным в эстетических или функциональных целях. Текстура текстурированного валка может быть перенесена на поверхности алюминия, стали и других металлов, обычно в диапазоне низких степеней редуцирования (3% - 10%) при выполнении операций после холодной прокатки. В случае листа для автомобильной промышленности, имеющего текстуру EDT, это, как правило, выполняют при последнем проходе в дрессировочной клети. Нанесение текстуры после холодной прокатки в дрессировочной клети или клети холодной прокатки часто дает ограниченный перенос текстуры с поверхности валка на лист из-за свойств изделия, обработанного в холодном состоянии, размера валков и примененных низких степеней редуцирования. Это может привести к тому, что особенности поступающей на вход поверхности устраняются или скрываются при помощи текстуры на поверхности валка не полностью. Это особенно нежелательно, если имеются особенности, например, в виде царапин или плен металла, возникшие в результате предыдущих процессов. Плена определяется как "тонкий, удлиненный фрагмент металла, который накатан на поверхность родительского металла и прикреплен только одним концом". (McGraw-Hill "Dictionary of Scientific and Technical Terms" ("Словарь научных и технических терминов"), третье издание, стр. 1491). В качестве альтернативы, плена может быть определена как "тонкий фрагмент алюминия, являющийся частью материала, но прикрепленный лишь частично". ("Visual Quality Attributes of Aluminum Sheet and Plate" ("Визуальные признаки качества алюминиевых листов и пластин"), Al Assoc., 1994). Более высокие степени редуцирования с использованием валков с EDT при холодной прокатке также могут привести к большему количеству отходов и уменьшению чистоты листа, полученного в качестве готового изделия или промежуточного изделия, которое подвергается дальнейшей обработке.
В дополнение к этому, дрессировочный проход после холодной прокатки добавляет еще один этап в процесс, что увеличивает стоимость изделия. Поэтому остается потребность в усовершенствованных и/или альтернативных способах и устройствах для придания требуемой текстуры поверхности алюминиевому листу.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к способу прокатки листа из металла, обеспеченного в первом состоянии, для получения второго состояния, который включает прокатку металлического листа с использованием текстурирующего валка при такой температуре этого листа, при которой он имеет пониженный предел текучести по сравнению c его пределом текучести при температуре окружающей среды.
Согласно другому аспекту изобретения, металл представляет собой алюминий, и температура, при которой металлический лист прокатывают при помощи текстурирующего валка, составляет от 250 до 970 градусов по Фаренгейту (от 121 до 521 °С).
Согласно другому аспекту, текстурирующий валок имеет шероховатость Ra поверхности в диапазоне от 1 микрона до 50 микрон.
Согласно другому аспекту, этап прокатки приводит к уменьшению толщины металлического листа в диапазоне от 0% до 30%.
Согласно другому аспекту, уменьшение толщины находится в диапазоне от 0% до 70%.
Согласно другому аспекту, этап прокатки приводит к переносу текстуры на 60% - 100% поверхности металлического листа.
Согласно другому аспекту, этап прокатки с использованием текстурирующего валка представляет собой первый этап прокатки, и способ дополнительно включает второй этап прокатки, выполняемый для металлического листа после первого этапа прокатки.
Согласно другому аспекту, второй этап представляет собой второй этап прокатки с текстурированием.
Согласно другому аспекту, первый этап прокатки выполняют с использованием текстурирующего валка, имеющего более крупную текстуру, чем у текстурирующего валка, используемого для второго этапа прокатки.
Согласно другому аспекту, на первом и втором этапах прокатки уменьшают размер зерна в металлическом листе.
Согласно другому аспекту, второй этап прокатки выполняют в виде холодной прокатки с редуцированием.
Согласно другому аспекту, второй этап прокатки выполняют в виде горячей прокатки с редуцированием.
Согласно другому аспекту, на первом этапе прокатки создают в металлическом листе особенности поверхности, в которые можно поместить смазку.
Согласно другому аспекту, способ дополнительно включает множество этапов прокатки, причем первый этап прокатки с использованием текстурирующего валка позволяет уменьшить число этапов прокатки, которые в ином случае потребовались бы для получения окончательного целевого состояния металлического листа.
Согласно другому аспекту, первый этап прокатки облегчает второй этап прокатки.
Согласно другому аспекту, на первом этапе прокатки исправляют дефекты, присутствующие в металлическом листе, которые в противном случае не были бы исправлены на втором этапе прокатки.
Согласно другому аспекту, за счет выполнения этапа прокатки в то время, когда металлический лист имеет пониженный предел текучести, уменьшают износ текстурирующего валка, который в противном случае мог бы возникнуть, если бы прокатку выполняли при более низкой температуре.
Согласно другому аспекту, уменьшение износа текстурирующего валка соответствует увеличению срока службы этого валка.
Согласно другому аспекту, за счет выполнения первого этапа прокатки уменьшают перенос металла листа во время второго этапа прокатки по сравнению с идентичным процессом прокатки с нетекстурированным валком.
Согласно другому аспекту, за счет выполнения этапа прокатки в то время, когда металлический лист имеет пониженный предел текучести, устраняют поверхностные дефекты, присутствующие в металлическом листе.
Согласно другому аспекту, за счет выполнения этапа прокатки в то время, когда металлический лист имеет пониженный предел текучести, уменьшают приповерхностные дефекты, присутствующие в металлическом листе.
Согласно другому аспекту, за счет выполнения этапа прокатки в то время, когда металлический лист имеет пониженный предел текучести, перераспределяют металл в металлическом листе посредством деформации.
Согласно другому аспекту, этап прокатки в то время, когда металлический лист имеет пониженный предел текучести, выполняют как последний этап прокатки перед свертыванием металлического листа в рулон.
Согласно другому аспекту, поверхностные дефекты, устраняемые этапом прокатки, имеют диапазон от 10 мкм до 1 мм.
Согласно другому аспекту, этап прокатки дополняют, по меньшей мере, одним из следующего: разовой смазкой, охлаждением валка за счет испарения, нанесением покрытия на поверхность валка или очисткой струей воды под высоким давлением.
Согласно другому аспекту, температура металлического листа обусловлена остаточным теплом, присутствующим в металлическом листе, которое сохранилось от предыдущей стадии обработки.
Согласно другому аспекту, температура металлического листа обусловлена теплом, переданным в этот лист источником тепла.
Согласно другому аспекту, текстуру на текстурирующем валке создают при помощи, по меньшей мере, одного из следующего: EDT, струйной обработки шариками, струйной обработки дробью, шлифования или перекрестного шлифования.
Согласно другому аспекту, текстура текстурирующего валка имеет различимый рисунок.
Согласно другому аспекту, текстура текстурирующего валка не имеет различимого рисунка.
Согласно другому аспекту, способ дополнительно содержит этап формования металлического листа в автомобильную панель после этапа прокатки.
Согласно другому аспекту, автомобильная панель представляет собой деталь кузова.
Согласно другому аспекту, на этапе формования создают множество деталей кузова, и способ дополнительно содержит этап соединения множества деталей кузова.
Согласно другому аспекту, способ дополнительно содержит включение автомобильной панели в "черный кузов".
Согласно другому аспекту, лист в первом состоянии обеспечивают с использованием установки Micromill™.
Согласно другому аспекту, на этапе прокатки с использованием текстурирующего валка скрывают поверхностные дефекты в листе, которые воспринимаются человеческим глазом.
Согласно другому аспекту, дефекты имеют масштаб 10 мкм - 200 мкм.
Согласно другому аспекту, текстура текстурирующего валка находится в диапазоне 600 мкдюйм (15 мкм) -1200 мкдюйм (30 мкм), и степень редуцирования находится в диапазоне 5% - 25%.
Согласно другому аспекту, дефекты полностью скрывают от человеческого глаза.
Согласно другому аспекту, дефекты представляют собой царапины и/или плены.
Согласно другому аспекту, дефекты создают различимый рисунок.
Согласно другому аспекту, рисунок является повторяющимся.
Согласно другому аспекту, дефекты скрывают путем уменьшения среднего расстояния "выступ-впадина".
Согласно другому аспекту, дефекты скрывают путем приближения по шероховатости Ra зоны дефекта к фоновой поверхности поблизости от дефекта.
Согласно другому аспекту, лист после прокатки с использованием текстурирующего валка имеет однородную изотропную текстуру, различимую человеческим зрением с расстояния 0,1-5 футов (0,03-1,52 м).
Согласно другому аспекту, прокатный стан для прокатки металла и изготовления листа из металла имеет текстурирующий валок, установленный в этом стане в положении, где металлический лист имеет такую температуру, при которой он обладает пониженным пределом текучести по сравнению с его пределом текучести при температуре окружающей среды.
Согласно другому аспекту, прокатный стан имеет нагревательное устройство, которое нагревает металл до текстурирующего валка.
Согласно другому аспекту, прокатный стан имеет литейную установку, на выходе которой получают металлическую отливку, прокатываемую при помощи прокатного стана.
Согласно другому аспекту, литейная установка представляет собой установку Micromill™.
Согласно другому аспекту, температура, при которой металлический лист имеет пониженный предел текучести, находится в диапазоне приблизительно 250-970 градусов по Фаренгейту (121-521 °С).
Согласно другому аспекту, текстурирующий валок имеет шероховатость Ra поверхности в диапазоне 1 микрон - 50 микрон.
Согласно другому аспекту, степень редуцирования при использовании текстурирующего валка находится в диапазоне 0% - 70%.
Согласно другому аспекту, прокатный стан имеет дополнительные участки прокатки после текстурирующего валка.
Согласно другому аспекту, дополнительные участки прокатки включают участки прокатки с текстурированием.
Согласно другому аспекту, дополнительные участки прокатки с текстурированием характеризуются текстурой поверхности, которая мельче, чем у упомянутого текстурирующего валка.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания настоящего изобретения далее приведено подробное описание примерных вариантов его реализации, рассмотренных со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На Фиг.1 схематично показаны устройство и способ для изготовления листового материала, соответствующие варианту реализации настоящего изобретения.
На Фиг.2 приведен график, иллюстрирующий перенос шероховатости с валка на лист, выраженный в процентах, для степеней редуцирования 3% и 9% при 200, 400 и 600 °F (93, 204 и 316 °С).
На Фиг.3А схематично показаны устройство и способ для изготовления листового материала, соответствующие варианту реализации настоящего изобретения.
На Фиг.3В приведен схематичный общий вид, иллюстрирующий устройство и способ для изготовления листового материала, соответствующие варианту реализации настоящего изобретения.
На Фиг.4 схематично показаны устройство и способ для изготовления листового материала, соответствующие варианту реализации настоящего изобретения.
На Фиг.5 схематично показаны устройство и способ для изготовления листового материала, соответствующие варианту реализации настоящего изобретения.
На Фиг.6 схематично показаны устройство и способ для изготовления листового материала, соответствующие варианту реализации настоящего изобретения.
На Фиг.7 схематично показаны устройство и способ для изготовления листового материала, соответствующие варианту реализации настоящего изобретения.
На Фиг.8 схематично показан рисунок в виде царапин на поверхности листа с различной глубиной и ориентацией.
На Фиг.9А и 9В приведены, соответственно, оптическое и топографическое изображения первого рисунка в виде царапин на поверхности, а на Фиг.9С и 9D приведены, соответственно, оптическое и топографическое изображения второго рисунка в виде царапин на поверхности.
На Фиг.10 приведено оптическое изображение плены, имеющейся на поверхности металлического листа или сляба, которую можно наблюдать при прокатке, которая вызвана приставанием металла и которая вкатывается в поверхность сляба/листа.
На Фиг.11 приведена группа сканов топографии поверхности для пяти различных процентных степеней редуцирования при использовании валка с EDT для листового алюминия, изготовленного в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
На Фиг.12 приведена группа топографических карт поверхности и линейных профилей для пяти различных процентных степеней редуцирования при использовании валка с перекрестным рельефом для листового алюминия, изготовленного в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
На каждой из Фиг.13А, 13В и 13С приведена группа из оптического изображения, топографического изображения и линейного профиля для соответствующих листовых образцов, каждый из которых имеет царапину на поверхности, до и после прокатки с использованием валка с EDT и Ra 600 мкдюйм (15 мкм) при 850°F (454°С) при трех разных степенях редуцирования.
На каждой из Фиг.14А, 14В и 14С приведена группа из оптического изображения, топографического изображения и линейного профиля для соответствующих листовых образцов, каждый из которых имеет царапину на поверхности, до и после прокатки с использованием валка с EDT и Ra 1200 мкдюйм (30 мкм) при 850°F (454°С) при трех разных степенях редуцирования.
На Фиг.15 приведен график, иллюстрирующий процентное уменьшение глубины царапин для царапин различной глубины после прокатки с использованием текстурирующих валков с EDT.
На Фиг.16 приведена фотография устройства для измерения рассеивания света при отражении от поверхностей.
На каждой из Фиг.17А и 17В приведена группа из оптического изображения и характеристики рассеивания света для поверхностей металлических образцов, имеющих, соответственно, финишную обработку EDT и финишную обработку стана после 10%-ного редуцирования, а на каждой из Фиг.17С и 17D приведена группа из оптического изображения и характеристики рассеивания света для поверхностей металлических образцов, имеющих, соответственно, финишную обработку EDT и финишную обработку стана после 25%-ного редуцирования.
На Фиг.18А приведена группа характеристик рассеивания света для металлического образца, имеющего финишную обработку стана при степенях редуцирования 5%, 10%, 15% и 25%, а на Фиг.18В приведена группа характеристик рассеивания света для металлического образца, имеющего финишную обработку EDT при степенях редуцирования 5%, 10%, 15% и 25%.
На Фиг.19A приведена текстурная характеристика для поверхности в состоянии финишной обработки стана, а на Фиг.19В приведена текстурная характеристика для поверхности, текстурированной с использованием EDT.
Подробное описание примерных вариантов реализации изобретения
Аспекты настоящего изобретения основаны на осознании того, что текстурирование поверхности можно выполнять в то время, когда текстурируемый лист является горячим, например, при температуре в диапазоне 250-970 °F (121-521 °С), чтобы уменьшить давление валков и увеличить перенос; что текстурирование можно применять для исправления или смягчения поверхностных и приповерхностных повреждений, имеющихся в листе или вызванных предыдущим процессом (например, трещины, царапины, плены и вмятины, на которые нельзя выгодным образом повлиять при помощи обычного холодного текстурирования), что приводит к повышению качества поверхности за счет устранения особенностей или рисунка на поступающей поверхности, возникающих в результате литья или прокатки; что текстурирование можно применять как промежуточный этап при прокатке, за которым следуют последующие проходы прокатки на последующих стадиях, и который улучшает и облегчает выполнение последующих этапов процесса прокатки, таких как редукционная прокатка с использованием горячих или холодных валков; что "шероховатая" текстура, приданная текстурирующим валком, имеющим "шероховатую" поверхность, может оказаться полезной при исправлении поверхностных дефектов, подготовке листа к дальнейшей обработке и изготовлении листа, имеющего выгодные свойства; и что текстурирование можно выполнять одновременно с редуцированием, если оно выполняется при высоких температурах. Это текстурирование поверхности можно выполнять в диапазоне степеней редуцирования, и оно может устранить или маскировать такие особенности, как царапины или плены с небольшим отрицательным влиянием на чистоту поверхности или с отсутствием такого влияния. Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут более подробно описаны ниже.
На Фиг.1 показано устройство 10 для изготовления листового материала 12, например, алюминиевого листа. Устройство 10 может включать расположенный выше по ходу технологического процесса источник 14 алюминия, который в конечном итоге превращается в лист 12. Вместе с устройством и процессом по настоящему изобретению можно использовать различные источники 14, и источник заключен в пунктирный прямоугольник для указания его вариантности. Например, источник 14 может включать выход 15, например, толкательную печь, которая выдает горячий слиток в виде сляба, выпускное отверстие литейной формы, выход станка развертывания из рулона, выход установки для литья и прокатки или установки для литья слябов, либо выход микростана (микростан и соответствующий процесс описаны в патенте США № 6672368) для непрерывных литья и прокатки алюминиевого листа 12 из алюминия, поступающего из емкости с расплавленным алюминием. В одном варианте устройство 10 может представлять собой стан горячей прокатки со свертыванием в рулон, который модифицирован в соответствии с настоящим изобретением для применения текстурирования на той же технологической линии. Алюминиевый лист 12 в состоянии S1 может иметь конкретную температуру, например, 950-1100°F (510-593°С), определенные характеристики по кристаллизации/твердости, термической обработке, размерам, текстуре поверхности, целостности поверхности и структуре приповерхностного слоя. В качестве необязательного варианта, например, в случае выхода 15 микростана, алюминиевый лист 12 может пропускаться через один или более наборов валков 18А, 18В прокатного стана, которые уменьшают его толщину. В результате лист 12 переходит во второе состояние S2, в котором он имеет определенную температуру и определенные характеристики по кристаллизации, твердости, термической обработке, размерам, текстуре поверхности, целостности поверхности и структуре приповерхностного слоя. По мере того, как алюминиевый лист 12 перемещается от источника 14, он подвергается воздействию окружающей среды Е, которая может его охлаждать или нагревать. По мере прохождения алюминиевого листа 12 через устройство 10, он переходит в различные состояния S1, S2 … S5, например, что касается температуры и связанных с ней характеристик, таких как твердость/предел текучести/пластичность. В дополнение к постепенным изменениям состояния, связанным с изменением температуры, в алюминиевом листе 12 могут происходить изменения размеров по мере его перемещения в данном устройстве 10. Например, в качестве необязательного варианта, при помощи валков 20А, 20В можно уменьшать толщину алюминиевого листа 12 в состоянии S2, получая состояние S3, и еще раз при помощи валков 22А, 22В, получая состояние S4. В соответствии с аспектом настоящего изобретения, алюминиевый лист 12 затем может быть подвергнут обработке поверхности/текстурированию при помощи текстурирующих валков 24А, 24В, когда он имеет повышенную температуру, например, 250-970°F (121-521°С). Этот конкретный диапазон температур для листа 12 может быть достигнут благодаря остаточной тепловой энергии, им сохраненной, например, в результате литья, или лист 12 может быть нагрет перед его текстурированием при помощи текстурирующих валков 24А, 24В. Поверхность текстурирующих валков 24А, 24В предварительно может быть обработана при помощи электроразрядного текстурирования (EDT), струйной обработки шариками или дробью, шлифования, перекрестного шлифования или другого способа для получения требуемой текстуры, которая должна быть перенесена на лист 12. Текстурированные валки могут иметь произвольный набор выступов и впадин, например, созданных с использованием EDT, струйной обработки абразивом, текстурирования при помощи лазерного луча, текстурирования при помощи электронного луча, с высотой "выступ-впадина" в виде Ra в диапазоне от 0,5 мкм до 50 мкм или более, как это требуется для влияния на особенности поступающей поверхности. Эти особенности в общем случае не имеют предпочтительного направления, созданного используемым процессом. Текстурированные валки также могут иметь предпочтительные направления, в том смысле, что они ориентированы или имеют определенный набор характеристик, созданных используемым процессом, например, шлифованием, ленточным шлифованием, текстурированием при помощи лазерного или электронного луча. Размеры и ориентация этих особенностей могут задаваться и контролироваться в ходе этих процессов таким образом, чтобы получить поверхности с высотой "выступ-впадина" в виде Ra от 0,1 мкм до 25 мкм, определенного в поперечном направлении. Шлифование может создавать топографию в продольном направлении с особенностями длиной от 0,5 мм до нескольких см под углом от 1 градуса до 45 градусов или более в зависимости от отношений скоростей вращения/перемещения абразива относительно детали.
Если текстурирование при помощи валков 24А, 24В выполняется при высокой температуре, например, 250-970°F (121-521°С), высокая температура снижает предел текучести и делает возможным более сильный перенос топографии при более низких усилиях прокатки при низких степенях редуцирования, по сравнению с текстурированием при комнатной температуре. Одним из аспектов настоящего изобретения является осознание того, что текстурирование листа 12 при высоких температурах с низкими усилиями прокатки и при низких степенях редуцирования можно использовать для исправления поверхностных и приповерхностных дефектов, присутствующих в листе перед текстурированием, например, таких дефектов, как плены, которые могут быть вызваны адгезионным переносом металла на валки на участках до текстурирующих валков 24А, 24В, например, на валки 20А, 20В и/или 22А, 22В. При выполнении прокатки с текстурированием при высоких температурах, во внешнем слое лист 12 может иметь температуру в диапазоне 250-970°F (121-521°С), т.е. лист может иметь градиент температур по толщине, в результате чего внутренние области могут быть более горячими или более холодными, чем внешние области. В связи с тем, что температура листа 12 может меняться со временем, и ее можно регулировать путем нагрева или охлаждения этого листа, эту температуру можно измерять и контролировать для получения выбранного температурного диапазона для внешней области листа 12 непосредственно перед текстурированием с использованием текстурирующих валков 24А, 24В, подходящих для нанесения определенной текстуры.
Текстурирующие валки 24А, 24В могут приводиться в действие за счет фрикционного взаимодействия с листом 12, который можно протягивать при помощи устройства для свертывания в рулон (не показано), которое поворачивает лист 12Е, свернутый в рулон. Этот механизм подачи листа можно использовать для уменьшения проскальзывания вперед, т.е., скольжения листа 12 по поверхности текстурирующих валков 24А, 24В, или другого несинхронизированного перемещения листа относительно валков 24А, 24В, которое может отрицательно повлиять на поверхность листа 12. Так как текстурирование выполняют при более высоких температурах, текстуру на текстурирующих валках 24А, 24В можно легче переносить на лист 12 при уменьшенном давлении валков, по сравнению с тем, если бы текстурирование выполнялось при обычных, более низких температурах.
В одном примере текстурирующие валки 24А, 24В могут иметь шероховатость Ra поверхности приблизительно 1-10 мкм. Если алюминиевый лист 12 в состоянии S4 имеет температуру от 250°F (121°С) до 970°F (521°С), текстурирующие валки 24А, 24В можно прижимать к листу 12 с получением уменьшения толщины приблизительно 1% - 30% или больше, как это требуется, и переносом текстуры поверхности текстурирующих валков 24А, 24В приблизительно на 60% - 100% поверхностей 12С, 12D листа 12 в состоянии S5. Так как алюминиевый лист 12 в состоянии S4 является более податливым и лучше воспринимает вдавливание текстурирующих валков 24А, 24В, чем алюминиевый лист, которому предоставили возможность охлаждения и отпуска, текстурирование можно выполнять с меньшим давлением, в большей степени, с большим соответствием текстуре поверхности текстурирующих валков 24А, 24В и с меньшим износом этих валков и меньшим количеством отходов. Синхронное текстурирование (скорость вращения текстурирующих валков 24А, 24В относительно скорости подачи листа) обеспечивает улучшенный перенос текстуры, что приводит к более адекватной поверхности листа 12 с меньшими дефектами. Уменьшение давления валков, имеющее место в случае горячей прокатки с текстурированием, может привести к меньшему износу текстурирующих валков 24А, 24В, что предполагает, что потребуется меньшее число замен валков при обработке определенной площади листа 12.
Одним из аспектов настоящего изобретения является осознание того, что обработку поверхности алюминиевого листа 12 при высоких температурах можно осуществлять, подвергая алюминиевый лист 12 прокатке с использованием текстурирующих валков 24А, 24В, поверхность которых была обработана при помощи электроразрядного текстурирования (EDT). В качестве альтернативы, валки 24А, 24В могут быть текстурированы путем струйной обработки шариками или дробью, плакирования, полирования или других видов обработки поверхности, и могут быть использованы для обработки поверхности алюминиевого листа 12, когда он имеет повышенную температуру, например, от 250°F (121°С) до 970°F (521°С). В указанном диапазоне температур алюминиевый лист 12 мягче, так как имеет более низкий предел текучести, например, <10 кфунт/кв. дюйм (68,9 МПа) в состоянии без термообработки, и его легче формовать под действием валков, выполняющих текстурирование/обработку поверхности. В дополнение к этому, если алюминиевый лист 12 подвергается обработке поверхности перед обработкой в холодном состоянии, например, в стане холодной прокатки, эту обработку поверхности легче осуществлять, так как алюминиевый лист 12 не был механически отпущен/упрочнен путем обработки в холодном состоянии. Указанные выше выгоды могут быть реализованы путем включения текстурирующих валков 24А, 24В в технологическую линию стана, например, стана для горячей прокатки со свертыванием в рулон, на которой алюминиевый лист 12 получают из расплава, что позволяет использовать тепло, обязательно присутствующее в алюминиевом листе 12 при его изготовлении в стане, и применить обработку поверхности, пока алюминиевый лист 12 все еще является горячим, и перед свертыванием в рулон. Таким образом, алюминиевый лист можно изготавливать эффективно, минимизируя или исключая последующие обработку поверхности/прокатку до и/или после свертывания в рулон. Как описано ниже, в альтернативном варианте перед обработкой поверхности при помощи текстурирующих валков охладившийся лист 12 может быть нагрет.
Необходимо понимать, что температурой каждого из валков 18А, 18В, 20А, 20В, 22А, 22В, 24А, 24В и температурой окружающей среды Е можно управлять, например, за счет изоляции, обеспеченной закрывающей конструкцией, например, туннелем, и/или при помощи нагрева, например, за счет сжигания природного газа, электрического сопротивления или индукционного нагрева. Температурой алюминиевого листа 12 во время текстурирования/обработки поверхности можно управлять за счет сохранения тепловой энергии, имеющейся в алюминиевом листе 12 благодаря литью и/или за счет переноса тепловой энергии в лист 12 при подвергании его воздействию нагретой среды, например, воздуха, имеющегося в окружающей среде, излучения, пламени, или посредством контакта с нагретой поверхностью, например, валков 20А, 20В, 22А, 22В, литейных валков 18А, 18В и/или текстурирующих валков 24А, 24В.
После обработки поверхности алюминиевого листа 12 при помощи текстурирующих валков 24А, 24В с получением состояния S5, алюминиевый лист 12 может быть подвергнут воздействию излучения и/или среды, например, воздуха или воды при температуре Т для термической обработки, охлаждения, упрочнения и/или отпуска. Например, лист 12 может быть подвергнут воздействию окружающей среды Е, либо может быть активно охлажден или нагрет, например, путем закалки в воде при выбранной температуре, посредством прохождения через ванну или участок разбрызгивания, нагретый туннель, или подвергнут воздействию холодного или горячего воздуха при помощи воздуходувки, и т.д. Одним аспектом настоящего изобретения является осознание того, что обработку поверхности алюминиевого листа 12 можно выполнять перед охлаждением, окончательной термической обработкой, отпуском и/или упрочнением. После выполнения для него требуемой обработки, если она имеется, алюминиевый лист 12 затем при помощи обычных способов может быть свернут в рулон с получением свернутого состояния 12Е для хранения и транспортировки.
Подход, соответствующий настоящему изобретению, заключающийся в текстурировании при высоких температурах, позволяет получить "более шероховатую" поверхность (например, топографию поверхности с Ra 50 мкм) по сравнению с обычной обработкой путем отпуска/дрессировочного прохода при комнатной температуре. (В этой области техники обычно и взаимозаменяемо в качестве единиц измерения используются "микрон" (мкм) и "микродюйм" (мкдюйм), где 1 мкм=39,37 мкдюйм. Например, в Соединенных Штатах текстурирующий валок может быть указан как валок с EDT 600 или 1200, что будет означать, что, он имеет среднюю шероховатость Ra поверхности 600 или 1200 мкдюйм, что эквивалентно валку с EDT со средней шероховатостью Ra поверхности 15,20 мкм или 30,48 мкм, соответственно.) Высокие температуры снижают предел текучести и делают возможной более высокую степень переноса топографии при более низком усилии прокатки и низких степенях редуцирования. Как правило, топография "шероховатой" поверхности, высокие степени редуцирования и высокие температуры способствуют адгезионному переносу металла и, таким образом, возникновению приповерхностных повреждений в листе. Подход, соответствующий настоящему изобретению, значительно уменьшает адгезионный перенос металла и приповерхностное повреждение за счет прокатки при низких нагрузках, при низкой степени редуцирования и с небольшим проскальзыванием вперед или без него. Согласно подходу, соответствующему настоящему изобретению, текстура может быть нанесена на лист 12 путем создания многочисленных углублений на поверхности листа. Эти углубления, перенесенные на лист 12 путем прокатки с текстурированием при высоких температурах, могут оказаться выгодными для помещения в них смазки, что облегчает прокатку и в некоторых случаях может дать возможность исключить проход холодной прокатки. Другим аспектом настоящего изобретения является то, что оно позволяет выполнять прокатку листа, имеющего изотропную матовую финишную обработку поверхности, с меньшими поверхностными дефектами. В случае получения путем прокатки на листе 12 текстуры с большей шероховатостью, эта шероховатость Ra может дать более высокое трение между слоями в рулоне, что снижает вероятность разматывания рулона. Текстурирование в соответствии с настоящим изобретением можно выполнять на такую глубину, чтобы это воздействовало на приповерхностный слой листа, что приводит к улучшению финишной обработки листа 12 как окончательного изделия. Если говорить конкретнее, лист 12, поступающий от определенного источника, может быть проанализирован для оценки масштаба и распределения типичных поверхностных и приповерхностных дефектов. Тогда может быть выбрана и нанесена на текстурирующие валки 24А, 24В текстура, обеспечивающая шероховатость Ra подходящего масштаба, в результате чего глубина и разрешение (интервал) отпечатков, созданных текстурирующий валками 24А, 24В, обеспечат удаление поверхностных и приповерхностных дефектов, имеющихся в листе, например, за счет перераспределения материала при его нахождении в размягченном состоянии во время текстурирования при высоких температурах. Согласно другому аспекту настоящего изобретения, EDT-текстура валков устраняет поступление на операцию прокатки неоднородных поверхностей, что обеспечивает изотропную характеристику поверхности, которую можно измерить с использованием оптических или топографических систем измерения, таких как Optimap TM от компании Rhopoint Instruments, Scatterscope от компании Scatterworks, или трехмерной интерферометрии или конфокальной микроскопии. Согласно другому аспекту, характеристику поверхности можно отслеживать в ходе процессов прокатки с текстурированием и стандартной прокатки, и она может быть акцентирована нанесенными на поверхность покрытиями или обработкой поверхности.
Одним из аспектов настоящего изобретения является осознание того, что при прохождении через каждую из следующих другом за другом стадий в устройстве 10 восприимчивость листа 12 к изменению состояния и возникшие в нем в результате изменения зависят от предшествующего состояния, в частности, состояния в части текстуры и целостности поверхности, а также структуры приповерхностного слоя. Постепенное изменение состояния при прохождении через следующие друг за другом стадии прокатки, текстурирования или другой обработки, причем на каждой стадии лист 12 обрабатывают так, как это подходит по масштабу и рисунку с учетом предыдущего или последующего состояния обработки, можно описать как управляемую эволюцию поверхности.
Для наилучшего воспроизведения оригинальной текстуры поверхности валка на поверхности листа, существенным является предотвращение накопления металла на текстурированной поверхности валка. Реализации подхода, соответствующего настоящему изобретению, можно способствовать/сделать ее возможной за счет разовой смазки, охлаждения валка за счет испарения, использования покрытий для поверхности валка, а также очистки струей воды под высоким давлением или похожей очистки валка. Эти меры отвечают потребности сохранять чистоту валков и их требуемую температуру, а также управлять трением (путем смазки листа) с одновременным сохранением качества поверхности.
На Фиг.2 приведен график, иллюстрирующий перенос шероховатости с валка на лист, выраженный в процентах, для степеней редуцирования при прокатке 3% и 9% при 200, 400 и 600°F (93, 204 и 316°С). Способы и устройство по настоящему изобретению делают возможным перенос большой в процентном выражении части топографии при низких степенях редуцирования и низких нагрузках в стане. Для сравнения, перенос в случае холодной прокатки валками с EDT может быть значительно меньше, например, 60%.
На Фиг.3А и 3В показан альтернативный вариант реализации настоящего изобретения, в котором текстурирующие валки 124А, 124В установлены перед нагретыми валками 120А, 120В для прокатки, например, для предварительного текстурирования слябов перед прокаткой в стане горячей прокатки с последовательным расположением клетей. Если говорить конкретнее, устройство 110 может включать источник 114 алюминия, который создает лист 112 с первым состоянием S7 с определенными температурой, кристаллизацией/твердостью, состоянием термообработки и размерами. Как описано выше применительно к источнику 14, существует множество источников, например, министан, ранее созданный рулон и т.д., поэтому источник 114 обобщенно изображен пунктирным прямоугольником. Алюминиевый лист 112 в состоянии S7 может иметь температуру 250-970°F (121-521°С), либо из-за сохраненного тепла, либо из-за тепла, введенного нагревателем, например, нагревателем на природном газе или на основе электрической индукции. На лист 112 могут воздействовать текстурирующие валки 124А, 124В, поверхность которых, например, могла быть ранее обработана путем электроразрядного текстурирования (EDT), шлифования или иным образом, для придания выбранной текстуры листу 112, что приводит к получению состояния S8. В одном примере текстурирование при высоких температурах может осуществляться с использованием "шероховатой" текстуры, например, с шероховатостью Ra в диапазоне от 1 мкм до 50 мкм. Текстура может быть в виде упорядоченного рисунка, например, в виде рядов, сетки, последовательности точек и т.д., который можно использовать для изменения состояния поверхности и, возможно, перераспределения металла в листе 112 более равномерным образом для получения более плоского листа с меньшими остаточными напряжениями, для изменения/скрывания видимых поверхностных дефектов, таких как линии, царапины или повреждения сляба, вызванные роликами рольганга, а также приповерхностные дефекты, например, раковины. Этот эффект текстурирования и исправления может быть использован для подготовки листа 112 к дальнейшей обработке с другим масштабом или "разрешением" при помощи последующих клетей стана, например, валков 120А, 120В, 1122А, 122В, которые не способны "стереть" дефекты с тем масштабом/разрешением, как их могут удалить валки 124А, 124В.
Например, поверхностные и приповерхностные дефекты в листе 112 в состоянии S7 могут иметь первый масштаб, а текстура поверхности валков для горячей прокатки может иметь второй масштаб, например, в два раза больше или в два раза меньше при выдавливании на листе при существенной степени редуцирования, например, 30%. Если лист 112 в состоянии S7 подвергается воздействию текстурирующих валков 124А, 124В, имеющих текстуру поверхности, которая создает на листе 112 текстуру первого масштаба во время вдавливания в лист 112 при 5-10% степени редуцирования, тогда дефекты первого масштаба, присутствовавшие в состоянии S7, будут в значительной степени удаляться, но будут, по существу, не подвержены удалению в ином случае, при помощи валков для горячей прокатки, так как созданная на них текстура имеет другой масштаб. Если иметь в виду последовательный процесс эволюции поверхности за счет прокатки в последовательных клетях прокатки, использование текстурирования при высоких температурах может позволить создавать текстуры, разработанные специально для предварительной обработки поверхности листа 112, чтобы имелась оптимальная поверхность перед подачей к следующему набору валков, имеющих определенный набор свойств и функций для листа 112, что позволяет дифференцировать процесс горячей прокатки в стане. Одним аспектом настоящего изобретения является осознание того, что устройство и процесс для прокатки в промежутке между начальными параметрами или состоянием металла (с определенными температурой, толщиной, шириной, текстурой поверхности, свойствами приповерхностного слоя, термообработкой и т.д.) и окончательными параметрами или состоянием металла (с целевыми температурой, толщиной, шириной, текстурой поверхности, свойствами приповерхностного слоя, термообработкой и т.д.) можно оптимизировать путем использования текстур прокатки на различных стадиях прокатки. Если говорить конкретнее, процесс прокатки может быть улучшен касательно окончательных свойств (качества) изделия, а также минимизации затрат времени, энергии, производственных мощностей и пространства, требующихся для получения целевого изделия, например, путем уменьшения числа стадий прокатки, давления валков на конкретных стадиях и т.д., путем выборочного использования прокатки с текстурированием при высоких температурах в различных местах линии прокатки, что можно использовать, чтобы способствовать эволюции поверхности. Настоящее изобретение учитывает первоначальное состояние листа и состояние на каждой стадии процесса прокатки (до и после участка (участков) прокатки с текстурированием), а также окончательное, целевое состояние листа, чтобы обеспечить рациональную и эффективную эволюцию листа и его свойств на поверхности, под поверхностью и что касается твердости/термообработки.
После пропускания через текстурирующие валки 124А, 124В лист затем можно подвергать горячей прокатке с низкими степенями редуцирования при помощи одного или более рядов горячих валков 120А, 120В, 122А, 122В и т.д. На этапе текстурирования могут удаляться повреждения сляба от роликов рольганга с предварительным/окончательным получением изотропной поверхности, "очищенной" от видимых дефектов. Текстурирование может снизить усилия прокатки, требующиеся на валках 120А, 120В, за счет захватывания смазки в выемки на поверхности текстурированного листа, присутствующие в состоянии S8, что может дать увеличение степени редуцирования, более низкие нагрузки в стане и/или меньшее число проходов через валковые клети при получении определенных целевой толщины и текстуры поверхности. Этап текстурирования может также улучшить "взятие" или фрикционный захват листа 112 валками 120А, 120В. Улучшенный захват, кроме того, может более равномерно распределяться по поверхности (по ширине) листа, в результате чего лист 112 движется по более прямолинейной траектории через валки 120А, 120В, 122А, 122В. Стабилизация фрикционного взаимодействия между листом 112 и валками 120А, 120В, 122А, 122В позволяет пропускать лист через эти валки в равномерном темпе. Уравновешивание перемещения листа между клетями может помочь избежать возникновения "гармошки" (складок) в листе, которая в противном случае может возникнуть из-за неравномерного перемещения материала между клетями, например, лист 112 проходит через валки 120А, 120В быстрее, чем через валки 122А, 122В. Текстурирование листа 112 при помощи текстурирующих валков 124А, 124В может позволить более сильные степени редуцирования на валках 120А, 120В, 122А, 122В. Указанные выше эффекты от текстурирования при помощи валков 124А, 124В могут привести к уменьшению числа проходов холодной прокатки, которые требуются для устранения повреждения листа 112, даже при низких степенях редуцирования в стане горячей прокатки, что позволяет выполнять литье сортамента меньшей толщины и получать изделие с лучшей поверхностью, например, изотропной поверхностью, пригодной для анодирования.
Как показано на Фиг.3В, поступающий лист 112 в состоянии S7, который имеет поверхностные дефекты 112D и приповерхностные дефекты 112SSD, может существенно улучшаться и подготавливаться для следующей стадии (стадий), например, нагретых валков 120А, 120В и 122А, 122В. Как и прежде, алюминиевый лист 112 в состоянии S7 является податливым и воспринимает вдавливание валков 124А, 124В, обрабатывающих поверхность, легче, чем алюминиевый лист, которому предоставили возможность охлаждения и отпуска, в результате чего обработка поверхности выполняется с меньшим давлением, в большей степени, с большим соответствием текстуре поверхности текстурирующих валков 124А, 124В и с меньшим износом этих валков, и другим путем демонстрирует выгодные черты текстурирования при высоких температурах, которое описано выше.
На Фиг.4 показан альтернативный вариант настоящего изобретения, в котором текстурирующие валки 224А, 224В установлены после валков 220А, 220В и 222А, 222В холодной прокатки, например, подразумевая нанесение текстуры на одной технологической линии со станом холодной прокатки. Холодные валки 220А, 220В уменьшают толщину листа в состоянии S11 с получением листа 212 в состоянии S12. Валки 222А, 222В дополнительно уменьшают толщину листа 212 с получением состояния S13. В одном примере толщина листа 212 может быть уменьшена валками 220А, 220В приблизительно на 50% и затем дополнительно уменьшена на валках 222А, 220В на следующие 50%. Затем лист 212 может быть нагрет при помощи нагревателя 230, в котором могут применяться расположенные напротив части 230А, 230В с обеих сторон листа 212. Нагреватель может относиться к различным типам, включая работающие на основе электрического сопротивления, индукции или на природном газе. Холодная обработка листа 212 при помощи валков 220А, 220В и 222А, 222В холодной прокатки приводит к росту остаточных напряжений в листе 212 на стадиях S12 и S13, что обеспечивает листу более высокий предел текучести и затрудняет его прокатку в последующих клетях. Нагреватель 230 может нагревать лист 212 до 250-970 градусов по Фаренгейту (121-521°С), что позволяет снизить его предел текучести в состоянии S14, облегчить прокатку с использованием текстурирующих валков 224А, 224В и повысить степень переноса топографии при использовании более низкого усилия прокатки. Как отмечено выше, глубину проникновения тепла в лист 212 можно выбирать/регулировать, чтобы обеспечить ее достаточную величину и размягчение, которое позволяет выполнять текстурирование при определенных степени редуцирования и давлении.
Прокатка с текстурированием при высоких температурах может привести к получению в листе 212 состояния S15 с меньшими остаточными напряжениями, чем имеющиеся в состоянии S14. Это уменьшение остаточных напряжений может дать более плоский лист, т.е., обладающий относительно большей плоскостностью в свободном состоянии, т.е., без растяжения, приложенного в устройстве 210. На плоскостность листа 212 также может выгодным образом влиять текстурирование, выполненное при помощи валков 224А, 224В, которые могут выбираться с текстурой, подходящей для окончательного катаного изделия, имеющего текстуру, нанесенную этими валками.
Толщину алюминиевого листа 212 в состоянии S14 также можно уменьшать при помощи текстурирующих валков 224А, 224В, например, таких, поверхность которых могла быть ранее обработана путем электроразрядного текстурирования (EDT) или других процессов, что приводит к получению состояния S15. Если лист 212 в состоянии S14 имеет температуру 250-970 градусов по Фаренгейту (121-521°С), текстурирующие валки 224А, 224В, которые могут иметь шероховатость Ra поверхности в диапазоне 1 мкм - 10 мкм, можно прижимать к листу 212 с давлением 1000 фунтов/кв. дюйм - 10000 фунтов/кв. дюйм (6,89-68,9 МПа), что приводит к уменьшению толщины приблизительно 0% - 30% и переносу текстуры поверхности валков 224А, 224В на приблизительно 60% - 100% площади поверхностей 212Н, 212I листа 212 в состоянии S15.
Подход, соответствующий настоящему изобретению, заключающийся в текстурировании при высоких температурах, позволяет сделать поверхность более "шероховатой", например, с Ra 5 мкм, по сравнению с дрессировочным проходом при обычной термической обработке в условиях комнатной температуры. Высокие температуры снижают предел текучести и делают возможной более высокую степень переноса топографии при более низком усилии прокатки и низких степенях редуцирования. Как правило, "шероховатая" поверхность, высокие степени редуцирования и высокие температуры способствуют адгезионному переносу металла и, таким образом, повреждению приповерхностного слоя листа. Подход, соответствующий настоящему изобретению, значительно уменьшает адгезионный перенос металла и повреждение приповерхностного слоя за счет текстурирования при низких нагрузках, при низкой степени редуцирования и с небольшим проскальзыванием вперед или без него. Реализации подхода, соответствующего настоящему изобретению, можно способствовать/сделать ее возможной за счет разовой смазки, охлаждения валка за счет испарения, использования покрытий для поверхности валка, а также очистки струей воды под высоким давлением или похожей очистки валка. Указанные меры отвечают потребности сохранять чистоту валков и их требуемую температуру, а также управлять трением (путем смазки листа) с одновременным сохранением качества поверхности.
Согласно подходу, соответствующему настоящему изобретению, текстура, нанесенная на лист 212, может в некоторых случаях дать возможность исключить проходы при горячей или холодной прокатке. Другим аспектом настоящего изобретения является то, что снижение требуемых усилий в стане уменьшает потребление энергии, а более низкие степени редуцирования уменьшают возникающие отходы. Меньшее количество отходов позволяет получить более чистый лист 212. Снижение уровней усилий и количества отходов также соответствует меньшему износу текстурирующих валков 224А, 224В, что приводит к продлению срока их службы и уменьшению числа их замен. Уменьшение числа замен валков, благодаря более низкому износу топографии валков, снижает изменчивость шероховатости Ra поверхности листа от одного рулона 212Е к другому, например, если сравнивать рулон из листа 212, полученный в конце срока службы текстурирующего валка 224А, 224В, с тем, который получен с использованием только что текстурированного валка 224А, 224В. Более низкие затраты, соответствующие прокатке с текстурированием при высоких температурах, например, за счет исключения проходов прокатки, снижают стоимость текстурированного листа 212Е, что позволяет сделать процесс текстурирования доступным для большего ассортимента изделий. Исключение проходов прокатки уменьшает степень эксплуатации валков в определенном стане, увеличивая производственную мощность стана в конкретный период времени.
На Фиг.5 показано устройство 310 для изготовления листового материала 312, например, алюминиевого листа. Устройство 310 имеет два набора текстурирующих валков 324А, 324В и 340А, 340В, которые могут быть установлены последовательно в направлении перемещения листа 312. Лист 312 подается к этим валкам от любого конкретного источника, например, предшествующих валков прокатного стана или литейной установки, и может быть охлажден или нагрет для получения в нем повышенной температуры, например, 250-970°F (121-521°С), при нахождении в состоянии S16, что делает возможным текстурирование при высоких температурах при помощи текстурирующих валков 324А, 324В и 340А, 340В. Это текстурирование при высоких температурах имеет все описанные выше особенности и свойства. Текстурирующие валки 324А, 324В могут представлять собой валки большого диаметра и обеспечивать пропуск листа 312 с низкой степенью редуцирования/без редуцирования. Текстурирующие валки 340А, 340В могут быть меньше по диаметру и могут выполнять для листа 312 редуцирование в большей степени. В качестве одной альтернативы, для получения текстурирующих валков 340А, 340В могут быть текстурированы валки рабочей клети стана горячей прокатки. Как отмечено выше, текстурирование при высоких температурах может быть использовано для изменения поверхности листа 312 в процессе подготовки к последующей обработке при помощи последующей клети. В устройстве 310 последовательность прокатки с текстурированием при помощи наборов из валков 324А, 324В и 340А, 340В может использоваться для создания последовательных/дополнительных текстур на листе 312 с целью обеспечения пошаговой эволюции поверхности. В одном примере первый набор текстурирующих валков 324А, 324В имеет шероховатость Ra поверхности 1 мкм - 10 мкм, и второй набор валков 340А, 340В имеет шероховатость Ra 1 мкм - 5 мкм, при этом первый набор валков создает текстуру с большей шероховатостью Ra, которая более существенно искажает поверхность и приповерхностный слой, после чего второй набор текстурирующих валков 340А, 340В, имеющих текстуру с меньшей шероховатостью, лишь частично устраняет рисунок, созданный текстурирующими валками 324А, 324В. Последовательное текстурирование при высоких температурах может быть использовано для подготовки листа к последующей, улучшенной прокатке горячими валками, например, 320А, 320В, или, в качестве альтернативы, холодными валками.
Указанное последовательное текстурирование может быть использовано для уменьшения размера зерна и изменения состояния поступающей поверхности листа 312, что позволяет уменьшить эффект "апельсиновой корки" в получаемом в результате листе 312, имеющем состояние S19, и получить более изотропную чистую поверхность, в частности, после анодирования. Изотропная топография сляба, полученная путем текстурирования при высоких температурах, может способствовать снижению усилия в последующих клетях, например, на валках 320А, 320В, помочь в соблюдении курса, уменьшить "гармошку", позволить редуцирование с более сильной степенью при проходах прокатки, позволить литье с меньшей толщиной, уменьшить число проходов холодной прокатки для исправления повреждений в листе 312 и повысить качество поверхности. Подход в виде последовательного текстурирования, показанный на Фиг.5, в целом дает возможность получать большее разнообразие текстур листа 312, так как на стадии S19 в окончательном прокатанном листе 312 отражается в сумме результат множества последовательных проходов прокатки с текстурированием. Реализации указанного последовательного текстурирования, выполняемого при высоких температурах, могут способствовать разовая смазка, охлаждение валка за счет испарения, использование покрытий для поверхности валка, а также очистка струей воды под высоким давлением или похожие процессы очистки валка.
На Фиг.6 показано устройство 410 для изготовления листового материала 412, например, алюминиевого листа. Устройство 410 имеет нагреватель 430 для подъема температуры поступающего листа 412, который может поступать от множества источников, например, из клети стана холодной прокатки, литейной установки и т.д. Нагреватель 430 поднимает температуру листа 412, находящегося в состоянии S20, до 250-970°F (121-521°С) в состоянии S21, для выполнения текстурирования при высоких температурах при помощи текстурирующих валков 424А, 424В. Это текстурирование при высоких температурах имеет все описанные выше особенности и свойства, а именно, делает возможным текстурирование с получением шероховатой поверхности для изменения поверхности листа 412, перераспределение металла более равномерным образом и повышение качества поверхности перед дальнейшей обработкой. Текстурирование при высоких температурах позволяет выполнять его при низких нагрузках и низких степенях редуцирования с небольшим проскальзыванием вперед или без него и с уменьшенной тенденцией к возникновению приповерхностных повреждений. Так как лист 412 размягчен путем нагрева, что снижает его предел текучести, можно уменьшить давление на текстурирующих валках 424А, 424В с достижением по-прежнему высокой степени переноса топографии. После прохождения через текстурирующие валки 424А, 424В лист затем может быть прокатан при помощи набора холодных валков 420А, 420В с получением состояния S23 и затем при помощи холодных валков 422А, 422В. Устройство 410 можно было бы охарактеризовать как обеспечивающее предварительное текстурирование горячего листа 412 перед холодной прокаткой. Как отмечено выше, текстурирование при высоких температурах можно использовать для изменения поверхности листа 412 при подготовке к последующей обработке при помощи последующей клети. В устройстве 410 последовательность прокатки с текстурированием при помощи наборов валков 424А, 424В и 420А, 420В может использоваться для создания последовательных/дополнительных текстур на листе 412 с целью обеспечения пошаговой эволюции поверхности. В одном примере текстурирующие валки 424А, 424В имеют шероховатость Ra поверхности 1 мкм - 50 мкм, и первый набор холодных валков 420А, 420В имеет шероховатость Ra 1 мкм - 5 мкм, при этом текстурирующие валки 424А, 424В создают текстуру с большей шероховатостью Ra, которая более существенно искажает поверхность и приповерхностный слой, после чего первый набор холодных валков 420А, 420В, имеющих текстуру с меньшей шероховатостью, лишь частично устраняет рисунок, созданный текстурирующими валками 424А, 424В, и существенно уменьшает толщину. После чего второй набор холодных валков 422А, 422В может дополнительно уменьшать толщину и/или создавать дополнительную текстуру на листе 412. Эффект от текстурирующих валков 424А, 424В может улучшить холодную прокатку/способствовать холодной прокатке при помощи валков 420А, 420В и 422А, 422В, например, за счет создания карманов в листе 412 в состоянии S22, которые могут хранить смазку. При улучшенной холодной прокатке можно исключить холодный проход и можно получить лист в состоянии S24 с изотропной матовой финишной обработкой с меньшим числом дефектов поверхности. Улучшенный перенос текстуры, соответствующий текстурированию при высоких температурах, может также дать более адекватную поверхность листа 412 в состоянии S24. Реализации указанного последовательного текстурирования, выполняемого при высоких температурах, с последующей холодной прокаткой могут способствовать разовая смазка, охлаждение валка за счет испарения, использование покрытий для поверхности валка, а также очистка струей воды под высоким давлением или похожие процессы очистки валка.
На Фиг.7 показано устройство 510 для изготовления листового материала 512, например, алюминиевого листа. Устройство 510 имеет нагреватель 530 для подъема температуры поступающего листа 512, который может поступать от множества источников, например, из клети стана холодной прокатки, литейной установки и т.д. Нагреватель 530 поднимает температуру листа 512, находящегося в состоянии S25, до 250-970°F (121-521°С) в состоянии S26, для выполнения текстурирования при высоких температурах при помощи текстурирующих валков 524А, 524В. Это текстурирование при высоких температурах имеет все описанные выше особенности и свойства, а именно, делает возможным текстурирование с получением шероховатой поверхности для изменения поверхности листа 512, перераспределение металла более равномерным образом и повышение качества поверхности перед дальнейшей обработкой. Текстурирование при высоких температурах позволяет выполнять его при низких нагрузках и низких степенях редуцирования с небольшим проскальзыванием вперед или без него и с пониженной тенденцией к возникновению приповерхностных повреждений. Так как лист 512 размягчен путем нагрева, что снижает его предел текучести, можно уменьшить давление на текстурирующих валках 524А, 524В с достижением по-прежнему высокой степени переноса топографии на лист 512 в состоянии S27. После прохождения через текстурирующие валки 524А, 524В лист затем может быть прокатан при помощи второго набора текстурирующих валков 540А, 540В с получением состояния S23 и затем при помощи холодных валков 520А, 520В, дающих лист 512 в состоянии S29. Устройство 510 можно было бы охарактеризовать как обеспечивающее предварительное текстурирование горячего листа 512 в ходе двух текстурирующих проходов перед холодной прокаткой. Текстурирующие валки 524А, 524В могут представлять собой валки большого диаметра и реализуют проход с низкой степенью редуцирования листа 512. Текстурирующие валки 540А, 540В могут быть меньше по диаметру и могут обеспечивать более высокие степени редуцирования листа 512. В качестве одной альтернативы, для получения текстурирующих валков 540А, 540В могут быть текстурированы валки рабочей клети стана горячей прокатки. Как отмечено выше, текстурирование при высоких температурах можно использовать для изменения поверхности листа 412 при подготовке к последующей обработке при помощи последующей клети. В устройстве 510 последовательность прокатки с текстурированием при помощи наборов валков 524А, 524В и 540А, 540В может использоваться для создания последовательных/дополнительных текстур в листе 512 с целью обеспечения пошаговой эволюции поверхности. В одном примере первый набор текстурирующих валков 524А, 524В имеет шероховатость Ra поверхности 1 мкм - 50 мкм, и второй набор 540А, 540В имеет шероховатость Ra 1 мкм - 5 мкм, при этом первый набор валков создает текстуру с большей шероховатостью Ra, которая более существенно искажает поверхность и приповерхностный слой, после чего второй набор текстурирующих валков 540А, 540В, имеющих текстуру с меньшей шероховатостью, лишь частично устраняет рисунок, созданный текстурирующими валками 524А, 524В. Последовательное текстурирование при высоких температурах может быть использовано для подготовки листа к последующей, улучшенной прокатке при помощи холодных валков, например, 520А, 520В.
Как отмечено выше, текстурирование при высоких температурах можно использовать для изменения поверхности листа 512 при подготовке для последующей обработки при помощи последующей клети. В устройстве 510 последовательность прокатки с текстурированием при помощи наборов валков 524А, 524В и 540А, 540В можно использовать для создания последовательных/дополнительных текстур на листе 512 с целью обеспечения пошаговой эволюции поверхности. В одном примере текстурирующие валки 524А, 524В имеют шероховатость Ra поверхности 1 мкм - 50 мкм, и второй набор текстурирующих валков 540А, 540В имеет шероховатость Ra 1 мкм - 5 мкм, при этом текстурирующие валки 524А, 524В создают текстуру с большей шероховатостью Ra, которая более существенно искажает поверхность и приповерхностный слой, после чего второй набор текстурирующих валков 540А, 540В, имеющих текстуру с меньшей шероховатостью, лишь частично устраняет рисунок, созданный текстурирующими валками 524А, 524В, и существенно уменьшает толщину. После чего холодные валки 520А, 520В могут дополнительно уменьшить толщину и/или создать дополнительную текстуру на листе 512. Эффект от текстурирующих валков 524А, 524В и 540А, 540В может улучшить холодную прокатку/способствовать холодной прокатке при помощи валков 520А, 520В, например, за счет создания карманов в листе 512 в состоянии S28, которые могут хранить смазку. При улучшенной холодной прокатке можно исключить холодный проход и можно получить лист в состоянии S29 с изотропной матовой финишной обработкой с меньшим числом дефектов поверхности. Улучшенный перенос текстуры, соответствующий текстурированию при высоких температурах, может также дать более адекватную поверхность листа 512 в состояниях S27 и S28. Реализации указанного последовательного текстурирования, выполняемого при высоких температурах, с последующей холодной прокаткой могут способствовать разовая смазка, охлаждение валка за счет испарения, использование покрытий для поверхности валка, а также очистка струей воды под высоким давлением или похожие процессы очистки валка. После достижения состояния S29 алюминиевый лист 512 можно подвергнуть термической обработке, упрочнению и/или отпуску. Алюминиевый лист 512 при помощи обычных способов можно затем свернуть в рулон 512Е для хранения и транспортировки.
В соответствии с аспектами настоящего изобретения, добавление текстур на лист в конце процесса непрерывной разливки значительно снижает стоимость, если оно происходит на той же технологической линии. Дополнительное свертывание в рулон или развертывание могут не быть обязательными, и более низкие свойства в состоянии прокатки после отливки (F temper) позволяют повысить степень переноса топографии. Последнее может позволить снизить степени редуцирования и продлить срок службы валков с обеспечением топографии, аналогичной традиционным текстурам, или получением новых, отличающихся поверхностей за счет повышения степени переноса топографии. Более низкие степени редуцирования будут также уменьшать отходы, минимизируя необходимость очистки некоторых текстур, например, созданных при помощи EDT. Проблемы с качеством поступающей поверхности, возникшие в ходе процессов, например, термической обработки в литейной машине, могут сниматься после текстурирования при выполнении стандартных приемов термической обработки. Добавление текстур в изделие, получаемое непрерывным литьем, на дополнительном этапе может позволить дополнительно управлять переносом топографии в зависимости от свойств требуемого изделия, например, в состояниях после отливки, отжига или термообработки (F, O или Т temper). Если это необходимо, может также быть добавлена дополнительная термическая обработка после текстурирования. Другим возможным преимуществом добавления текстуры на поверхность изделия, полученного непрерывным литьем, "на технологической линии" или "у технологической линии" является возможность создавать однородные поверхности, минимизируя особенности поверхности, полученные в результате выполнения операций литья или прокатки.
EDT используется при окончательной прокатке для получения листа без выраженных направлений с матовой финишной обработкой с целью улучшения внешнего вида и формуемости. Другие процессы текстурирования, которые могли бы дать аналогичные результаты, включают: обработку валков абразивом или струей песка, обработку валков перекрестным шлифованием или шлифованием под наклоном, текстурирование лазером или электронным лучом, получение покрытий из хрома со сфероидальной структурой путем электролитического осаждения, например, TopoCrom™, другие процессы получения покрытий из хрома с выраженной сфероидальной структурой, а также струйную обработку шариками или дробью.
Аспекты настоящего изобретения включают возможные выгоды в виде продления срока службы текстурирующих валков, уникальных текстур, полученных в результате улучшенного переноса топографии, более низких затрат за счет минимизации операций свертывания в рулон и развертывания при встраивании в технологическую линию, адекватных поверхностей, лучшего исправления за счет устранения особенностей поверхности, приобретенных при литье и прокатке, и более низких нагрузок в стане. Если текстура EDT или аналогичная текстура используется в стане горячей прокатки (HRM), могут быть получены два дополнительных преимущества, а именно, при правильной комбинации смазки и текстуры можно выполнять более сильное редуцирование без сбоев при захвате, что позволяет исключить проходы. Это может быть важным условием для исключения практики облегчения прокатки с помощью керосина (kerosene bite).
Выгодным аспектом добавления текстуры "на технологической линии" или "у технологической линии" на поверхность изделия, получаемого непрерывным литьем, является возможность создавать однородные поверхности, минимизируя особенности поверхности, возникшие в результате операций литья или прокатки. Текстурирование (с небольшими затратами, с оборудованием для небольших нагрузок) непосредственно после машины для непрерывного литья, установки Micromill™, установки для литья и прокатки или установки для литья слябов, может обеспечить перераспределение, удаление или маскирование особенностей, которые препятствуют использованию в тех областях применения, где предъявляются высокие требования к поверхности, например, когда после получения топографии при помощи установки Micromill™ на поверхности литого металла остаются нежелательные особенности и/или рисунок. Использование принципов настоящего изобретения для текстурирования поверхностей в ходе процесса горячей прокатки может уменьшить или исключить проблемы с внешним видом для поверхности, которая получена в результате последующего анодирования. Это может позволить использовать недорогие меры, чтобы сделать лист подходящим для областей применения, предъявляющих более высокие требования к поверхности.
При применении способа и устройства по настоящему изобретению, на лист перед его подачей в зазор между рабочими валками первой клети стана горячей прокатки наносилась смазка, например, дисперсная смесь для горячей прокатки. Наблюдалось очень слабое покрывание валков, в противоположность ожидаемой большой степени покрывания валков из-за "шероховатой" природы EDT-топографии. Было также отмечено, что в значительной степени улучшилась прокатка в двухклетевом стане. Сначала значительно повысилась "стабильность" захвата валками, что привело к существенно лучшему соблюдению листом курса, что облегчило процесс прокатки. Эту повышенную стабильность можно объяснить более низкими нагрузками при более сильных степенях редуцирования, чем ожидалось. Ожидалось, что более высокое трение рабочих валков с EDT в клети 1 приведет к более высоким нагружающим силам и ограничит возможности редуцирования, но такой динамики не наблюдалось. При стандартных условиях прокатки, характеризующихся редуцированием в клети 1 57%, нагружающие силы, наблюдаемые в случае валков с EDT, были не выше нагружающих сил, наблюдаемых в случае стандартных шлифованных валков. Работа с валками с EDT в клети 1 позволила увеличить редуцирование до ≈ 70% без значительного увеличения нагружающей силы, нечто невозможное в случае топографии, полученной шлифованием. В дополнение к этому, подача листа из клети 1 с EDT-текстурой в клеть 2 вызвала заметное уменьшение нагружающей силы. Устройство и способ по настоящему изобретению характеризуются меньшими нагрузками, более высокими степенями редуцирования, а также меньшими отходами и меньшим ухудшением поверхности, чем ожидалось.
При том, что EDT используется при окончательной прокатке для получения листа без выраженных направлений с матовой финишной обработкой с целью улучшения внешнего вида и формуемости, для получения текстурирующих валков, например, 24А, 24В, применяемых в устройстве по настоящему изобретению, можно использовать и другие способы текстурирования. Например, компании, выполняющие EDT, в настоящее время не имеют оборудования для работы со всеми размерами рабочих валков для стана горячей прокатки из-за их габаритов и веса. Существуют другие процессы текстурирования, которые могли бы дать результаты, аналогичные EDT, например, пескоструйная обработка валков, перекрестное шлифование, TopoCrom, другие процессы получения покрытий из хрома с выраженной сфероидальной структурой, а также струйная обработка шариками или дробью.
Как отмечено выше, источник 14, 114 и т.д. алюминия может меняться и может быть ранее изготовлен либо путем отливания слитков из расплава, которые затем прокатывают с уменьшением толщины, например, до 0,125 или 0,250 дюйма (3,175 или 6,35 мм), либо при помощи процесса непрерывного литья. Что касается обработки для получения окончательного листового изделия, авторы настоящего изобретения понимают, что было бы выгодно исключить особенности, влияющие на качество поверхности и уменьшить объем работы и количество энергии, требующиеся для достижения этой цели.
На Фиг.8 показано множество предполагаемых виртуальных поверхностных царапин 612D1, 612D2, 612D3, 612D4, 612D5A, 612D6, 612D7, 612D8, 612D9, 612D10, 612D11 на виртуальном листе 612. Виртуальных царапин 612D5A имеется множество, и они являются параллельными, что создает субрисунок 612D5, а другие виртуальные царапины, например, 612D1, 612D2, 612D3, расположены рядом друг с другом таким образом, что наблюдатель может считать их рисунком, например, незавершенным треугольником 612DT1. В случае, если царапина или другой дефект (612D5) может давать понятный рисунок, они могут быть более заметны для человека, чем царапина или дефект, не имеющие понятного рисунка и воспринимаемые как случайные. Аналогичным образом, царапина 612D4 воспринимается так, будто она имеет фон 612В или зону листа 612, который в ином случае имеет неизменные оптические свойства, в результате чего отличие царапины 612D4 от фона 612В воспринимается как локализованная зона, имеющая оптические свойства, отличающиеся от фона 612В. Хотя рассматриваются царапины, например, 612D1, которые представляют собой локализованные зоны, расположенные ниже фоновой поверхности 612В, необходимо понимать, что в представленном описании (и это можно легко видеть) рассматриваются способы и устройство, которые могут быть эффективны при изменении других типов поверхностных дефектов, например, тех, которые можно отнести к дефектам, выступающим над фоновой поверхностью 612В или меняющим положение (выше/ниже) относительно фоновой поверхности 612В, либо имеющим оптические, например, отражательные, свойства отличающиеся от фона 612В. Понятно, что любая поверхность, при ее исследовании при достаточно большом увеличении, будет видеться "шероховатой" или сильно меняющейся, и, кроме того, что восприятие в качестве дефекта может исчезнуть, если увеличение является достаточно большим для того, чтобы этот дефект полностью заполнил поле наблюдения. В соответствии с одним подходом, чтобы более конкретно указать величину или масштаб интересующих дефектов, их можно определить как различимые при увеличениях в диапазоне от 1Х до 100Х. В качестве альтернативы, можно определить интересующие дефекты как заметные при обычном рассматривании человеком (без инструментов) на расстоянии 0,1-5 футов (0,03-1,52 м). В качестве дополнительной альтернативы, диапазон шероховатости Ra, который будет расцениваться как характеризующий фоновую поверхность с неразличимыми дефектами, может быть 0,1 мкм - 2 мкм. Любая особенность с большей шероховатостью Ra при ее нахождении рядом с фоновой поверхностью будет считаться поверхностным дефектом. Одним из аспектов настоящего изобретения является то, что описанные выше устройство и способы можно использовать, чтобы частично или полностью скрыть или устранить воспринимаемые дефекты на поверхности листа, аналогичные дефектам в виртуальном листе 612, как будет более подробно рассмотрено в описанных ниже примерах.
На Фиг.9А приведено оптическое изображение листа 812 из алюминиевого сплава типа 3ХХХ с концами царапин 812D1 и 812D2 на фоновой поверхности 812В, которые имеют глубину приблизительно 10 мкм, ширину приблизительно 400 мкм и длину 50 мм. Эти царапины были сделаны с использованием TABER Linear Abraser (прибор для испытания на истирание), имеющего регулируемые настройки, которые позволяют пользователю выбирать скорость, длину хода и испытательную нагрузку. Для создания царапин в испытательных образцах были использованы разные испытательные нагрузки. На Фиг.9В приведено топографическое изображение царапины 812D1, полученное при помощи интерферометра (инструмента) со сдвигом фазы видимого света.
На Фиг.9С приведено оптическое изображение листа 912 из алюминиевого сплава типа 3ХХХ с концами царапин 912D1 и 912D2 на фоновой поверхности 912В, которые имеют глубину приблизительно 200 мкм, ширину приблизительно 1000 мкм и длину 50 мм. Эти царапины были сделаны с использованием TABER Linear Abraser (прибор для испытания на истирание), имеющего регулируемые настройки, которые позволяют пользователю выбирать скорость, длину хода и испытательную нагрузку. Для создания более глубоких царапин, по сравнению с Фиг.9А, в этих испытательных образцах были использованы более высокие испытательные нагрузки. На Фиг.9D приведено топографическое изображение царапины 912D1, полученное при помощи интерферометра (инструмента) со сдвигом фазы видимого света.
На Фиг.10 приведено оптическое изображение поверхностной плены 1012D1, имеющейся на фоновой поверхности 1012В металлического листа или сляба 1012. Этот тип поверхностного дефекта можно считать следствием операций прокатки, и он может быть вызван приставанием к валку металла, который затем прокатывается или вдавливается в поверхность сляба/листа.
На Фиг.11 приведена группа сканов 112S1-112S5 топографии поверхности прокатанного алюминиевого листа 12 (Фиг.1) типа 5ХХХ, изготовленного в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, для пяти различных процентных степеней редуцирования, выполненного с использованием валка 18А, 18В с EDT, имеющего шероховатость Ra поверхности 5 мкм. Толщина алюминиевого листа была уменьшена при помощи устройства 10, аналогичного показанному на Фиг.1, в соответствии с изменяющимися степенями редуцирования (2,5%, 4,2%, 12,7%, 23,7% и 28%). Источником 15 (Фиг.1) алюминиевого листа была установка Micromill™ или установка, которая описана в одном из патентов США № 5515908, 5655593, 5894879, 5772799, 5772802, 6045632, 5769972, 6102102, 6391127; 6623797, 6672368, 7089993, 7503377, 7125612, 6581675, 7182825; 8403027, 7846554, 8697248, 8381796 или 8956472, которые включены сюда посредством ссылки. Используемые текстурирующие валки 24А, 24В были текстурированы при помощи EDT. Редуцирование выполнялось для листа в то время, когда он находился при 930°F (499°С), и были сделаны сканы топографии поверхности на стадии после закалки на линии прокатки. Как можно видеть, сканы топографии поверхности демонстрируют более равномерные выступы и впадины, воспроизводящие топографию EDT, по мере повышения степени редуцирования. Понятно, что лист, вышедший из конкретной установки Micromill™, будет изменяться в соответствии с рабочими параметрами этой установки, включая качество поверхности, температуру на выходе, толщину и состав сплава. Рабочие параметры прокатки с текстурированием при высоких температурах, рассмотренные в настоящей заявке, можно регулировать, чтобы обеспечить конкретные свойства листа на выходе из установки Micromill™, как описано в перечисленных выше патентах, включенных сюда их упоминанием, имея в виду температуру, процентную степень редуцирования и шероховатость Ra, для получения описанных здесь преимуществ. В одном примере лист на выходе из установки Micromill™ может иметь температуру в диапазоне 1100-1000 градусов по Фаренгейту (593-538°С). После выхода из установки Micromill™ и воздействия температур окружающей среды и оборудования для работы с ним, например, ленты литейной машины и/или транспортера, лист будет охлаждаться, и в нем будет происходить кристаллизация, с достижением температуры, позволяющей выполнить прокатку и/или прокатку с текстурированием при высоких температурах, как было рассмотрено в настоящем описании. Их можно выполнять при температуре, превышающей 970°F (521°С), при условии, что параметры литья, например, производительность, состояние кристаллизации и состав сплава это позволяют, в противном случае можно предпринять определенные шаги, чтобы сделать возможным ускоренное охлаждение в промежутке между выходом стана и первой клетью прокатки, например, увеличить расстояние между ними или уменьшить производительность.
На Фиг.12 приведены группы из топографических карт 1212М1-1212М5 поверхности и линейных профилей 1212S1-1212S5 для прокатанного алюминиевого листа 12 типа 5ХХХ, изготовленного в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, для пяти различных процентных степеней редуцирования с использованием валка 24А, 24В с перекрестной шлифовкой, имеющего шероховатость Ra поверхности 5 мкм. Толщина алюминиевого листа была уменьшена при помощи устройства 10, аналогичного показанному на Фиг.1, в соответствии с изменяющимся степенями редуцирования (2,5%, 5,5%, 9,3%, 15,7% и 22%). Используемые текстурирующие валки 24А, 24В были текстурированы при помощи перекрестного шлифования. Редуцирование выполнялось для листа в то время, когда он находился при 930°F (499°С), и были сделаны сканы топографии поверхности на стадии после закалки на линии прокатки. Как можно видеть, сканы топографии поверхности демонстрируют большую изменчивость для выступов и впадин с некоторыми глубокими и нежелательными особенностями поверхности, оставшимися в соответствии с особенностями на валке с перекрестной шлифовкой.
На Фиг.13А приведена группа из оптического изображения 1312АО, топографического изображения 1312АТ и линейного профиля 1312АР для листового образца 1312А с поверхностным дефектом 1312AD (царапина) на фоновой поверхности 1312АВ после прокатки с использованием валка с EDT и Ra 600 мкдюйм (15 мкм) при 850°F (454°С) и 5%-ным уменьшением толщины. Перед прокаткой с редуцированием листовой образец имел фоновую поверхность с шероховатостью Ra 1 мкм и царапиной, имеющей глубину приблизительно 1000 мкм, как показано на Фиг.9С и 9D. Как можно видеть из Фиг.13А, 5%-ное редуцирование с использованием текстурирующего валка с EDT уменьшило различимость царапины 1312AD по сравнению с тем, что показано на Фиг.9С и 9D. Как продемонстрировано топографическим изображением 1312АТ и линейным профилем 1312АР, это уменьшение визуальной различимости царапины 1312AD проявляется в изменениях поверхностных размеров, а именно, средней разницы "выступ-впадина", которая на 45% меньше, чем в листе до прокатки. Увеличение степени редуцирования до 10% на Фиг.13В и до 20% на Фиг.13С приводит к уменьшению глубины царапины, соответственно, на 70% и 80%.
На Фиг.14А приведена группа из оптического изображения 1512АО, топографического изображения 1512АТ и линейного профиля 1512АР для листового образца 1512А с поверхностным дефектом 1512AD (царапина) на фоновой поверхности 1512АВ после прокатки с использованием валка с EDT и Ra 1200 мкдюйм (30 мкм) при 850°F (454°С) и 5%-ным уменьшением толщины. Перед прокаткой с редуцированием листовой образец имел фоновую поверхность с шероховатостью Ra 1 мкм и царапиной, имеющей глубину приблизительно 1000 мкм, как показано на Фиг.9С и 9D. Как можно видеть из Фиг.14А, 5%-ное редуцирование с использованием текстурирующего валка с EDT уменьшило различимость царапины 1512AD по сравнению с тем, что показано на Фиг.9С и 9D. Как продемонстрировано топографическим изображением 1512АТ и линейным профилем 1512АР, это уменьшение визуальной различимости царапины 1512AD проявляется в изменениях поверхностных размеров, а именно, средней разницы "выступ-впадина", которая на 65% меньше, чем в листе до прокатки. Увеличение степени редуцирования до 10% на Фиг.14В и до 20% на Фиг.14С приводит к уменьшению глубины царапины, соответственно, на 80% и 100%.
На Фиг.15 приведен график процентного уменьшения глубины царапины для неглубоких царапин (приблизительно 10 мкм глубиной и 200 мкм шириной), средних царапин (приблизительно 100 мкм глубиной и 500 мкм шириной) и глубоких царапин (приблизительно 200 мкм глубиной и 1000 мкм шириной) после прокатки с использованием текстурирующих валков с EDT, имеющих текстуру либо 600 EDT, либо 1200 EDT (Ra 600 мкдюйм (15 мкм) или Ra 1200 мкдюйм (30 мкм)). Использованное устройство для прокатки было аналогично показанному на Фиг.7, и измерения для создания графика на Фиг.15 были сделаны в состоянии S27. Состояние S27 представляет собой промежуточное состояние, т.е., состояние после прокатки при помощи текстурирующих валков 524А, 524В (которые имели текстуру EDT либо Ra 600 мкдюйм (15 мкм), либо Ra 1200 мкдюйм (30 мкм)), но перед прокаткой с использованием текстурирующих валков 540А, 540В. Стоит отметить, что неглубокие царапины и царапины средней глубины были полностью или почти полностью устранены валками с EDT 1200 при 10%-ном редуцировании, и что все другие царапины были удалены валком с EDT 600 при 20%-ном редуцировании, за исключением глубокой царапины, которую он устранил при 20%-ном редуцировании на 80%.
На Фиг.16 показано устройство 1740, в котором для измерения рассеивания света поверхностью 1712 применяются компьютер 1742 и сканирующее устройство 1744. Компьютер 1742 выводит изображение 1742I, являющееся моделью рассеивания света поверхностью 1712. Сканирующее устройство и программное обеспечение для программирования компьютера 1742 могут представлять собой продукт ScatterScope, предлагаемый компанией The Scatter Works, Inc., Тусон, штат Аризона.
На Фиг.17А приведено оптическое изображение 1812О для алюминиевого листа 1812, обработанного в соответствии с настоящим изобретением, а именно, при помощи устройства 10, показанного на Фиг.1, с текстурирующими валками 20А, 20В, имеющими текстуру EDT с Ra 200 мкдюйм (5 мкм), при 10%-ном редуцировании. Для поверхности образца 1812 была получена характеристика 1812S рассеивания света. На Фиг.17В приведено оптическое изображение 1912О для алюминиевого листа 1912 с обычной финишной обработкой стана при 10%-ном редуцировании и характеристика 1912S рассеивания света, полученная для поверхности образца 1912. При использовании валка с EDT характеристика 1812S представляет собой изотропное рассеивание света, в ее случае интенсивность света в направлениях Х и Y является более равномерной (приближаясь к кругу), по сравнению с направленной характеристикой 1912S в случае листа 1912, имеющего обычную финишную обработку стана.
На Фиг.17С приведено оптическое изображение 2012О для алюминиевого листа 2012, обработанного в соответствии с настоящим изобретением, а именно, при помощи устройства 10, показанного на Фиг.1, с текстурирующими валками 20А, 20В для финишной обработки в стане, имеющими Ra 200 мкдюйм (5 мкм), при 25%-ном редуцировании. Для поверхности образца 2012 была получена характеристика 2012S рассеивания света. На Фиг.17D приведено оптическое изображение 2112О для алюминиевого листа 2112 с обычной финишной обработкой стана при 25%-ном редуцировании и характеристика 2112S рассеивания света, полученная для поверхности образца 2112. При использовании валка с EDT характеристика 2012S показывает такую интенсивность света в направлениях Х и Y, которая становится более направленной, по сравнению с характеристикой 1812S рассевания света для листа 1812 при 10%-ном редуцировании, но по-прежнему имеет значительно меньшую направленность, чем характеристика 2112S рассеивания света для листа 2112 с финишной обработкой стана, прокатанного при 25%-ном редуцировании.
На Фиг.18А приведена группа характеристик 2212S1, 2212S2, 2212S3, 2212S4 рассеивания света для образца в виде алюминиевого листа, для которого финишная обработка стана была выполнена путем выдавливания рельефа валка, выполняющего в стане финишную обработку, который имеет шероховатость Ra 50 мкдюйм (1 мкм), при редуцировании 5%, 10%, 15% и 25%, соответственно.
На Фиг.18В приведена группа характеристик 2312S1, 2312S2, 2312S3, 2312S4 рассеивания света для образца в виде алюминиевого листа, для которого финишная обработка с EDT была выполнена путем выдавливания рельефа валка с EDT, который имеет шероховатость Ra 200 мкдюйм (5 мкм), при редуцировании 5%, 10%, 15% и 25%, соответственно. Если сравнить характеристики рассеивания света на Фиг.19А и Фиг.19В, можно сделать вывод, что финишная обработка EDT является менее направленной, чем финишная обработка стана при всех степенях редуцирования.
На Фиг.19А приведена характеристика 2412DS текстурирования для поверхности, подвергнутой финишной обработке стана, которая получена при помощи устройства Optimap PSD, она указывает на наличие направленной текстуры, которая может быть количественно определена с использованием этого устройства и характеризует используемый процесс.
На Фиг.19В приведена характеристика 2512DS текстурирования для поверхности, подвергнутой текстурированию с использованием EDT, которая получена при помощи устройства Optimap PSD, она указывает меньшую направленность, которая также может быть количественно определена с использованием этого устройства и характеризует используемый процесс. Соответствующие изображения, приведенные на Фиг.19А и 19В, представляют собой приведенные в качестве примера изображения зоны поверхности приблизительно 95 мм х 70 мм, иллюстрирующие то, что отсутствие направленности, очевидное для характеристик 2312S1-2312S4 рассеивания света, которые получены для круглой тестовой зоны приблизительно 5 мм в диаметре, сохраняется на больших площадях листа, указывая на то, что вся поверхность листа будет демонстрировать отсутствие направленности. Текстурирование при помощи валков с EDT устраняет неоднородность поверхности, поступающей на операцию прокатки, это позволяет получить поверхность с изотропной характеристикой, которую можно определить с использованием оптических или топографических систем измерения, таких как Optimap TM от компании Rhopoint Instruments, Scatterscope от компании Scatterworks, или трехмерной интерферометрии или конфокальной микроскопии. Эту характеристику поверхности можно отслеживать в ходе процессов прокатки с текстурированием и стандартной прокатки, и она может быть акцентирована нанесенными на поверхность покрытиями или обработкой поверхности.
Хотя в приведенных выше примерах прокатка с текстурированием в условиях высокой температуры и пониженного предела текучести применялась при относительно низких степенях редуцирования, например, 0% - 30%, для удаления поверхностных недостатков, например, царапин, имеющих размеры, например, глубину, в диапазоне 10-100 мкм, для удаления более серьезных поверхностных дефектов можно использовать более высокие степени редуцирования. Например, валки с EDT, имеющие шероховатость Ra поверхности 600 мкдюйм (15 мкм) -1200 мкдюйм (30 мкм), можно использовать при степенях редуцирования до 70% для удаления царапин и других поверхностных недостатков, имеющих глубину 1 мм.
Одним аспектом настоящего изобретения является применение описанных выше методов для изготовления металлического листа, который может быть пригоден для использования при создании панелей кузова автомобиля. Согласно одному варианту, металлический лист, изготовленный при помощи одного варианта реализации настоящего изобретения, используется для создания деталей кузова, например, тех металлических панелей, которые соединяют вместе с получением двери или капота автомобиля. Согласно другому варианту, металлический лист, изготовленный при помощи способов по настоящему изобретению, можно использовать для создания, по меньшей мере, части "черного кузова" - термин используется для описания собранной конструкции кузова автомобиля из листового металла перед покраской или установкой стекол, отделки и движущихся частей, например, компонентов подвески и цепи привода.
Необходимо понимать, что описанные здесь варианты являются просто примерными, и что специалист в данной области техники может внести множество изменений и сделать множество модификаций без выхода за пределы сущности и объема заявляемого изобретения. Например, температуру и степень редуцирования при прокатке с текстурированием можно регулировать в соответствии с разными алюминиевыми сплавами. Предполагается, что все такие изменения и модификации включены в объем настоящего изобретения, который определен в пунктах формулы изобретения.