隨著汽車行業(yè)涂裝工序向著水性免中涂工藝發(fā)展，汽車廠在改進(jìn)涂裝技術(shù)的同時(shí)對(duì)鋼板表面質(zhì)量要求越來越高[1-5]。免中涂工藝后，整個(gè)漆層外觀質(zhì)量容易產(chǎn)生橘皮、顆粒、鮮映性差等缺陷。因此，一方面要求汽車制造廠對(duì)汽車涂裝工藝和涂裝漆進(jìn)行更好的研究，另一方面要求鋼廠原材料必須具備更高的表面質(zhì)量。

鋼板表面質(zhì)量的高低與鋼板表面形貌有關(guān)。而冷軋鋼板的表面形貌由宏觀幾何形狀、表面粗糙度和波紋度組成。鋼板表面質(zhì)量的高低與鋼板表面形貌有關(guān)。表面波紋度作為表面形貌的一種，目前國內(nèi)外已經(jīng)有一些理論和實(shí)驗(yàn)研究的報(bào)道[6-11]。Clarysse研究了濾波方法，從而降低了表面波紋度的評(píng)定長度，提高了鋼板波紋度評(píng)定的可能性[12]。Onodera提出了一種用于低相干干涉測(cè)量的表面輪廓測(cè)量技術(shù)[13]。Mezghani等通過連續(xù)小波變換對(duì)涂膜表面形貌進(jìn)行多尺度表征，提出了一種表面形貌的由粗糙度到波紋度的多尺度表征技術(shù)[14]。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)和汽車廠在波紋度測(cè)量方面做了相關(guān)的工作[15-20]。如寶鋼技術(shù)研究院研究了熱鍍鋅鋼板在變形過程中的表面波紋度的變化。首鋼技術(shù)研究院對(duì)冷軋薄板表面波紋度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，分析了濾波方式以及測(cè)量長度對(duì)波紋度測(cè)量結(jié)果的影響。長春一汽公司研究了鋼板表面形貌對(duì)其沖壓時(shí)的成形性能和油漆后的外觀質(zhì)量的影響，研究結(jié)果表明表面粗糙度對(duì)油漆后表面質(zhì)量影響小而波紋度的影響較大，表面波紋度越大，油漆后鮮映性降低。東風(fēng)汽車公司總結(jié)出了一種方便有效指導(dǎo)具體操作的汽車用薄鋼板表面波紋度實(shí)驗(yàn)方法。

雖然國內(nèi)外學(xué)者對(duì)表面波紋度進(jìn)行了大量的研究，但是為了指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)、降低鋼板表面波紋度而進(jìn)行測(cè)試分析鋼板表面波紋度Wa0.8和Wsa1-5的研究較少。本文以工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，采用白光干涉法測(cè)量B170P鋼板表面波紋度，實(shí)驗(yàn)研究了平整工序?qū)滠堜摪灞砻娌y度影響，通過測(cè)試不同平整工藝的鋼板的表面波紋度，得到影響規(guī)律，結(jié)合平整工序的波紋度測(cè)試結(jié)果，提出改善措施，有利于指導(dǎo)冷軋薄鋼板工業(yè)生產(chǎn)，降低鋼板表面波紋度，進(jìn)而提高涂裝工藝后漆層質(zhì)量，滿足汽車用戶需求，提升鋼板的競(jìng)爭(zhēng)力。

1.   實(shí)驗(yàn)材料及方法

以冷軋鋼板B170P為例，鋼板厚度為0.7 mm，冷軋薄鋼板試樣尺寸150 mm×100 mm，如圖1所示，測(cè)試方向與軋制方向相同，實(shí)驗(yàn)必須沿軋制方向進(jìn)行，至少準(zhǔn)備5個(gè)試樣進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。

測(cè)試原理如圖2所示，照明光在從物鏡透射到樣品表面之前被分光鏡等分成兩束光。一束投射到了樣品表面，作為探測(cè)光，其路徑長度隨表面高度的變化而變動(dòng)。另一束則投射到參考面，參考面通常為一個(gè)平整的鏡面，它的光路徑長度通過壓電驅(qū)動(dòng)精密地監(jiān)控。以分光鏡為起始點(diǎn)，到參考面的光程被調(diào)整為與物鏡焦面的光程相等。從樣品表面和參考面分邊反射回來的兩束光在物鏡處相遇。如果這兩束光的光程差為零，相機(jī)采集的圖像上會(huì)出現(xiàn)干涉條紋。到參照面的光程差通常是固定的，通?？缮舷乱苿?dòng)樣品來改變光程差從而改變干涉條紋的位置。條紋的變化與樣品表面各點(diǎn)的高度直接相關(guān)。通過Z方向的掃描來生成樣品的三維圖像。

試樣表面清潔無瑕疵和彎曲變形。抬高測(cè)量頭在安全高度，將樣品被測(cè)表面朝上，正確、平穩(wěn)、可靠地放在物品臺(tái)上；采用非接觸測(cè)量，利用白光為干涉光源，克服了單色光干涉法需單值解相的缺點(diǎn)，利用求解調(diào)制度的間接算法獲取被測(cè)試樣表面上各點(diǎn)的相對(duì)表面高度，繪出三維表面輪廓Z(x)。按照一汽大眾的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)PV1054:2015-02，評(píng)估表面波紋度的Wsa1-5（波長范圍1~5 mm的波紋度輪廓算術(shù)平均偏差）和Wa0.8（短波截止波長0.8 mm的波紋度輪廓算數(shù)平均偏差）。

Wa0.8評(píng)估：原始輪廓Z(x)，取樣長度lw =50 mm，水平方向經(jīng)過一次多項(xiàng)式處理，再經(jīng)過五次多項(xiàng)式擬合去除取樣長度內(nèi)的形狀誤差，利用高斯濾波器去除λc=0.8 mm短波部分，得到取樣長度內(nèi)的波紋度輪廓Zw(x)，如圖3所示，左側(cè)彩圖為測(cè)試鋼板的原始輪廓及評(píng)估過程中的輪廓，右側(cè)為截面線上的原始輪廓及評(píng)估過程的輪廓線，利用公式（1）計(jì)算波紋度參數(shù)。

表面波紋度Wa0.8的評(píng)定長度Ln由連續(xù)5個(gè)取樣長度lw組成，表面波紋度來自于每個(gè)取樣長度的平均計(jì)算值。

Wsa1-5評(píng)估：原始輪廓Z(x)，取樣長度lw =30 mm，水平方向經(jīng)過一次多項(xiàng)式處理后的表面輪廓，利用高速濾波器進(jìn)行低通濾波后的表面輪廓，波長λf =5 mm，去除運(yùn)行中及結(jié)束后波長λf/2 = 2.5 mm部分的表面輪廓，利用高斯濾波器（ISO 16610-21）去除λc =1 mm部分，得到取樣長度內(nèi)的波紋度輪廓Zw(x)。如圖4所示。左側(cè)彩圖為測(cè)試鋼板的原始輪廓及評(píng)估過程中的輪廓，右側(cè)為截面線上的原始輪廓及評(píng)估過程的輪廓線，利用公式（2）計(jì)算波紋度參數(shù)。

2.   結(jié)果與討論

2.1   平整延伸率影響

不同平整工藝參數(shù)條件下，通過測(cè)試B170P鋼種波紋度，選擇工況穩(wěn)定的工作輥周期。在相同5#機(jī)架工作輥周期內(nèi)(40~50 km)，通過大量取樣測(cè)試，得到冷軋鋼板B170P的表面波紋度參數(shù)Wsa1-5和Wa0.8。B170P鋼板表面波紋度參數(shù)隨著平整延伸率的變化如圖5所示。

從圖中5可以看出，隨著平整延伸率從0.533%增加到0.685%，表面波紋度Wa0.8從0.294 µm增加到0.381 µm，增加了29.6%；波紋度參數(shù)Wsa1-5從0.19 µm增加到0.275 µm，增加了44.7%；粗糙度Ra從0.879 µm增加到1.15 µm，增加了30.8%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在測(cè)試平整延伸率范圍內(nèi)，隨著平整延伸率的增加，表面波紋度Wsa1-5和Wa0.8以及粗糙度Ra的變化趨勢(shì)相同，都呈增加趨勢(shì)，呈正相關(guān)性。

所謂的平整，就是指對(duì)經(jīng)過再結(jié)晶退火后的帶鋼以較小的變形量(0.5%~3%)進(jìn)行軋制，其目的是消除屈服平臺(tái)和輕微的板形波浪，同時(shí)保證在帶鋼具有一定的表面粗糙度。平整輥的表面除了粗糙度，波紋度也是客觀存在的。由于光學(xué)輪廓儀為臺(tái)式檢測(cè)，因此對(duì)于平整輥的波紋度檢測(cè)存在一定難度。在正常生產(chǎn)的平整工序條件下，在測(cè)試范圍內(nèi)，隨著平整延伸率的增加，轉(zhuǎn)印的粗糙度和波紋度占主導(dǎo)地位，將引起汽車鋼板粗糙度和表面波紋度的增加。此外，在生產(chǎn)工況穩(wěn)定的情況下，軋制設(shè)備能夠維持一個(gè)正常的低頻振動(dòng)水平，隨著平整延伸率的增加，意味著軋制力增大，振動(dòng)頻率恒定時(shí)，振幅增大，因此也導(dǎo)致更深的印痕，引起粗糙度和表面波紋度的增加。

2.2   平整工作輥周期

在正常連續(xù)生產(chǎn)工況條件下，在相同平整延伸率條件下測(cè)試工作輥周期范圍內(nèi)鋼卷的表面波紋度，通過測(cè)試B170P鋼種波紋度，整理鋼種表面波紋度參數(shù)與平整工作輥周期的數(shù)據(jù)關(guān)系，得到B170P鋼板表面波紋度參數(shù)隨著平整工作輥周期變化規(guī)律，如圖6所示。從圖6中可以看出，粗糙度受工作輥周期影響的變化幅度較大，而表面波紋度參數(shù)變化幅度相對(duì)較平緩。

從圖中6可以看出，在正常生產(chǎn)工況條件下，測(cè)試工作輥周期范圍內(nèi)，隨著平整工作輥周期從5.261 km增加到88.45 km，表面波紋度Wa0.8從0.385 µm降低到0.291 µm，降低了24.41%；而波紋度參數(shù)Wsa1-5從0.293 µm降低到0.194 µm，降低了33.78%；粗糙度Ra從1.21 µm降低到0.8721 µm，降低了27.92%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，在測(cè)試范圍內(nèi)，隨著平整延伸率的增加，波紋度Wsa1-5和Wa0.8以及粗糙度Ra的變化趨勢(shì)相同，都呈降低趨勢(shì)，呈負(fù)相關(guān)性。這是因?yàn)檎Ｉa(chǎn)工況條件下，平整機(jī)外板工作輥粗糙度要求≤2.5 μm，隨著工作輥周期的增加，工作輥表面粗糙度和表面波紋度降低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)印的粗糙度和表面波紋度降低。

3.   改善措施

平整工序中，測(cè)試得出隨著平整延伸率的增加，粗糙度和表面波紋度增加，因此在保證產(chǎn)品性能和滿足用戶表面粗糙度要求的前提下，盡量降低平整延伸率，即在生產(chǎn)中平整延伸率取下限。

在選擇平整工作輥時(shí)，保證產(chǎn)品性能和對(duì)用戶表面粗糙度要求的前提下，選用原始粗糙度較低的平整工作輥，這樣隨著平整工作輥的粗糙度轉(zhuǎn)印到鋼板表面，在工作輥初期，鋼板表面粗糙度和波紋度較低。隨著工作輥周期的增加，會(huì)得到更低的粗糙度和表面波紋度。同樣，對(duì)于汽車外板，由于對(duì)粗糙度和波紋度等要求較高，因此在滿足粗糙度和性能的前提下，應(yīng)該選在適當(dāng)?shù)墓ぷ鬏佒芷趦?nèi)進(jìn)行軋制。

4.   結(jié)束語

在連續(xù)生產(chǎn)條件下，通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，得到平整工序?qū)滠堜摪錌170P的表面波紋度的影響規(guī)律：1)利用白光干涉原理，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量冷軋薄鋼板表面波紋度參數(shù)Wsa1-5和Wa0.8。2)隨著平整延伸率增加，表面波紋度Wa0.8從0.294 µm增加到0.381 µm，Wsa1-5從0.19 µm增加到0.275 µm，說明隨著平整延伸率的增加，表面波紋度參數(shù)增加。3)隨著平整工作輥周期增加，表面波紋度Wa0.8從0.385 µm降低到0.291 µm，Wsa1-5從0.293 µm降低到0.194 µm，說明隨著平整輥周期增加，表面波紋度參數(shù)降低。

文章來源——金屬世界