EP4387779A1 - Verfahren zum herstellen einer lasertexturierten dressierwalze, verfahren zum dressieren eines stahlblechs und entsprechend dressiertes stahlblech - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer lasertexturierten dressierwalze, verfahren zum dressieren eines stahlblechs und entsprechend dressiertes stahlblech

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Publication number
EP4387779A1
EP4387779A1 EP22764667.6A EP22764667A EP4387779A1 EP 4387779 A1 EP4387779 A1 EP 4387779A1 EP 22764667 A EP22764667 A EP 22764667A EP 4387779 A1 EP4387779 A1 EP 4387779A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
skin
steel sheet
pass roll
laser
pass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22764667.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Burak William Cetinkaya
Fabian JUNGE
Oliver Vogt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4387779A1 publication Critical patent/EP4387779A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B21B1/227—Surface roughening or texturing
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    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a laser-textured skin-pass roller, a method for skin-passing a steel sheet, and a correspondingly skin-passed steel sheet.
  • Electro-discharge texturing is a common process, in which a skin-pass roll blank is immersed in a dielectric, is guided past an electrode and small craters are hammered into the roll surface using spark erosion.
  • the texturing of the skin-pass roller resulting from the EDT process is of a correspondingly stochastic nature, see for example EP 2 006 037 B1.
  • the depth of the abrasion caused by the spark impact depends on various parameters such as the composition of the electrode material, the distance between the electrode and skin-pass roller (blank) or the process-related properties of the dielectric.
  • laser texturing (LT) of the skin-pass rolls can also be used as a texturing process in order to give the skin-pass roll a defined topography, see for example EP 2 892 663 B1, thus impressing the skin-pass roll with a deterministic surface topography .
  • LT laser texturing
  • skin-passed steel sheets that are skin-passed with laser-textured skin-pass rollers it is possible for different roughnesses to occur on the top and bottom of the skin-passed steel sheet.
  • the texturing process using a laser is stable, it is heavily dependent on the roughness of the skin-pass roll to be textured and thus on the roughness of the skin-pass roll blank.
  • the skin-pass rolls to be textured must have narrow tolerances with regard to the topography.
  • the laser focus follows the roughness profile during laser texturing. Since the possible travel of the focus is limited, it can happen that the laser is operated outside the focus position due to the high roughness values of the temper roll blank. Such a deviation occurs in particular when the roughness of the temper roll blank shows fluctuations over the circumference and/or in the axial direction. This has a negative impact on the beam shape and thus on the coupling of the laser power into the surface, which leads to undefined laser ablation, so that the actual topography can deviate significantly from the target topography.
  • the Super-Finish is a grinding process with a geometrically undefined cutting edge, the uncertainty of which lies in the magnitude of the surfaces to be machined.
  • the super-finishing process is also subject to manufacturing tolerances that affect the resulting surface topography. Examples of fluctuating process parameters are the wear of the grinding belt and deviations in the contact pressure during processing in the grinding process.
  • work rolls or skin-passing rolls are known from the prior art which, in the finished, operational state, have roughnesses in the range between 0.4 and 8 ⁇ m, cf. DE 694 23 784 T2, between 0.5 and 7 ⁇ m, cf. DE 20 2017 007 170 U1, or also less than 0.07 ⁇ m, cf. WO 2014114370 A1.
  • the topography of a sheet metal side has a significant influence on the further processing properties.
  • Rougher topographies have a positive effect on the reactivity of the surface in the cleaning and bonding process.
  • rougher surfaces usually have lower coefficients of friction because the oil retention capacity is improved.
  • the object of the invention is therefore to specify, in addition to a method for producing a laser-textured skin-pass roller, a method for skin-passing a steel sheet, also a skin-passed steel sheet with which the disadvantages of the prior art can be eliminated, in particular a structure that is as similar as possible with essentially comparable ones To be able to generate structural parameters on the top and bottom of the steel sheet.
  • the object in relation to the method for producing a laser-textured temper roll is achieved with the features of claim 1.
  • the object in relation to the method for skin-passing a steel sheet is solved with the features of claim 8.
  • the object in relation to the skin-passed steel sheet is solved with the features of claim 9.
  • a first teaching of the invention relates to a method for producing a laser-textured skin-pass roll, in which case a skin-pass roll blank is first provided, the surface of the skin-pass roll blank then being machined with a laser to produce a surface topography by means of ablation on the surface of the skin-pass roll, the provided temper roll blank has an arithmetic mean roughness value Ra of a maximum of 0.8 ⁇ m.
  • the laser can be operated within the focus position when processing the surface of the temper roll blank, so that the beam shape of the laser is essentially retained and the laser power is thus reproducibly coupled into the surface, which leads to a defined laser ablation.
  • an arithmetic mean roughness value Ra of 0 pm is technically not possible.
  • the arithmetic mean roughness value Ra of the surface of the temper roll blank is therefore greater than 0 ⁇ m.
  • the arithmetic mean roughness value Ra on the surface of the temper roll blank can be set to at least 0.05 ⁇ m, in particular at least 0.1 ⁇ m, preferably at least 0.15 ⁇ m, preferably at least 0.2 ⁇ m.
  • the cut-off wavelength X GC is determined from DIN EN ISO 4288 (e.g. April 1998 edition), item 7 table 1, since an aperiodic profile with a texture roughness between 2 and 10 pm is assumed and thus a single measurement section of 2, 5 mm, which thus corresponds to X GC , is required.
  • a surface profile is to be understood as meaning a progression or a profile of the surface structure in section along a defined measuring section. The roughness profile is filtered from the surface profile, with long-wave portions with a wavelength greater than 2.5 mm being cut off.
  • a deterministic or a pseudo-stochastic topography is preferably introduced into the surface of the skin-passing roll or the skin-passing roll blank by means of material removal by means of a laser.
  • deterministic surface topography/surface structure are again sweeping surface structures which have a defined shape and/or design, see also EP 2 892 663 B1.
  • this also includes surfaces with a pseudo-stochastic appearance, which, however, are applied by means of a deterministic texturing process and are therefore composed of deterministic form elements.
  • the surface of the skin-pass roll blank is machined using a grinding stone or grinding belt with a grit between 30 and 180 (in particular according to FEPA F or P) until the specified arithmetic mean roughness value Ra of the skin-pass roll blank is set.
  • the grain size of the grinding stone or grinding belt can be at least 35, preferably at least 40, and in particular 150, or preferably 120.
  • the surface of the skin-pass roll blank is processed by electropolishing or plasma polishing until the predetermined arithmetic mean roughness value Ra of the skin-pass roll blank is set.
  • electropolishing and plasma polishing are state of the art, whereby the process-related parameters, such as B. composition of the electrolyte, current, duration of treatment, working distance, etc., can be found out in experiments.
  • the surface of the skin-pass roll blank is processed by chemical-mechanical polishing until the specified arithmetic mean roughness value Ra of the skin-pass roll blank is set.
  • the processes are state of the art and the corresponding process-related parameters, such as e.g. B. type / nature of the polishing agent Zmediums, rotation speed, etc., can be determined in the context of tests.
  • the surface of the skin-pass roll blank is processed by laser polishing until the predetermined arithmetic average roughness value Ra of the skin-pass roll blank is set.
  • a laser can be used, which pulses with low intensity on the Surface of the temper roll blank emits and cause this quasi thermal smoothing of the surface.
  • the associated logistical expenses for example the transport from the skin-passing stand to the grinding bench, from this to the texturing system and optionally back to the grinding bench, can be significantly reduced or partially or completely omitted.
  • the system for laser texturing can also be used advantageously for thermal smoothing.
  • the parameters for setting the laser can be determined through experiments, such as B. a material-specific power per area, overlapping pulses, etc., in order to set the required arithmetic mean roughness value Ra on the surface of the temper roll blank.
  • the processing of the surface of the skin-pass roll blank before laser texturing and the associated reduction of the arithmetic mean roughness value Ra of the surface of the skin-pass roll blank ensures successful topography-dependent laser control with regard to the beam shape, focus position and power, since the parameters can be operated essentially constantly during the course of the laser texturing and no longer have to be adjusted, as is the case with rougher surfaces of temper roll blanks with an arithmetic mean roughness value Ra greater than 1 pm.
  • the invention relates to a method for skin-passing a steel sheet, the steel sheet being passed between two laser-textured skin-passing rolls in a skin-passing stand, the first skin-passing roll acting on the upper side of the steel sheet and the second skin-passing roll on the underside of the steel sheet and through the skin-passing a surface structure is embossed on the top and bottom of the steel sheet, so that the surface structure on the top of the steel sheet differs from the surface structure on the underside of the steel sheet in such a way that the structure parameters, selected from the group comprising the arithmetic mean roughness value Ra, skewness Rsk, peak count Rpc, peak-to-valley height Rz and developed interface ratio Sdr, the respective surface structures have a maximum relative deviation compared to each other, which are defined as follows:
  • skin-passing rolls which are each produced according to the invention, i.e. two skin-passing roll blanks are each processed with a surface with an arithmetic mean roughness value Ra of a maximum of 0.8 ⁇ m and then preferably laser texturing with the same parameters or the same intensity distribution on the two skin-passing roll blanks provided is carried out in order to obtain a pair of skin-passing rolls for a skin-passing stand with minimal deviations in shape, position and texture of the skin-passing roll surfaces.
  • the surface (positive form) of the skin-pass roller forms a surface structure through the action of force on the surface of the coated steel sheet in particular, which is thus only partially embossed in the surface (negative form) of the steel sheet.
  • the invention relates to a skin-coated steel sheet with a surface structure on the upper side and the underside of the steel sheet, so that the surface structure on the upper side of the steel sheet differs from the surface structure on the underside of the steel sheet in such a way that the structural parameters are selected from the group comprising the arithmetic mean roughness value Ra, skewness Rsk, peak number Rpc, peak-to-valley height Rz and developed interface ratio Sdr, the respective surface structures have a maximum relative deviation in comparison to one another, which are defined as follows:
  • Sheet steel is generally to be understood as meaning a flat steel product which can be provided in the form of sheet metal (sheet) or in the form of a blank (blank) or in strip form (steel strip).
  • the structure parameters Ra, Rsk, Rpc, Rz and Sdr can be determined or determined on skin-passed sheet steel, as specified in DIN EN ISO 4288.
  • Measurements are preferably made by means of confocal microscopy, in which case a measurement area of, for example, 4 ⁇ 4 mm 2 or larger can be considered in order to determine the structural parameters on the top and bottom of the steel sheet.
  • the determination of the structure parameters is state of the art.
  • At least one of the conditions of the aforementioned structural parameters must be met.
  • two or more conditions of the aforementioned structural parameters can also be met.
  • all of the conditions of the aforementioned structural parameters can be met.
  • Rpc ⁇ 8% in particular Rpc ⁇ 8%, preferably Rpc ⁇ 6% and/or
  • the steel sheet skin-passed according to the invention can be uncoated or preferably coated. If the steel sheet is coated, the coating of the coated steel sheet includes a metallic coating. According to one embodiment of the steel sheet according to the invention, the steel sheet is coated with a zinc-based coating, which is applied by hot-dip coating, wherein in addition to zinc and unavoidable impurities, additional elements such as aluminum with a content of up to 5 wt .-% and / or magnesium with a Content of up to 5 wt .-% may be included in the coating. Sheet steel with a zinc-based coating has very good cathodic protection against corrosion, which has been used in automobile construction for years.
  • the coating additionally has magnesium with a content of at least 0.3% by weight, in particular at least 0.6% by weight, preferably at least 0.9% by weight.
  • Aluminum can be present as an alternative or in addition to magnesium with a content of at least 0.1% by weight, in particular at least 0.3% by weight, in order, for example, to improve the bonding of the coating to the steel sheet and in particular the diffusion of iron from the steel sheet into the coating during a heat treatment of the coated steel sheet, so that, for example, good adhesive properties can be ensured.
  • the thickness of the coating can be between 1.5 and 15 ⁇ m, in particular between 2 and 12 ⁇ m, preferably between 3 and 10 ⁇ m.
  • Skin-passing when providing a steel sheet with a hot-dip coating usually takes place after the coating, ie a surface structure is embossed on the top and bottom of the steel sheet on the coated steel sheet.
  • the steel sheet is coated with a zinc-based coating, which is applied by electrolytic coating.
  • the thickness of the coating can be between 1.5 and 15 ⁇ m, in particular between 2 and 12 ⁇ m, preferably between 3 and 10 ⁇ m.
  • Skin-passing when providing a steel sheet with a coating coated by means of electrolytic coating is usually carried out before coating, ie embossing a surface structure on the top and bottom of the steel sheet is carried out on the uncoated steel sheet.
  • coated steel sheets were skin-passed with a zinc-based coating.
  • the thickness and composition of the steel sheet and the thickness and composition of the zinc-based coating were the same in all tests.
  • Skin-passing was carried out in a first test 1 on standard EDT skin-pass roll pairs in a skin-pass mill.
  • the second test 2 and third test 3 were carried out with a pair of skin-pass rolls in a skin-pass mill, each with a deterministic surface topography, which were textured by means of a laser.
  • skin-pass roll blanks with a surface each having an arithmetic mean roughness value Ra of 1.1 ⁇ m were used.
  • temper roll blanks with a surface with an arithmetic mean roughness value Ra of a maximum of 0.8 ⁇ m, here specifically between 0.2 and 0.4 ⁇ m were used.
  • the determination of the arithmetic mean roughness value Ra on rotationally symmetrical bodies, as in these cases on the respective temper roll blanks, is state of the art and can be carried out in particular using a mobile confocal microscope.
  • a grinding process with a grinding stone of grit 60 (FEPA F) was used for all skin-pass roll blanks, whereby in variant 3 the skin-pass roll blanks were processed longer until the target roughness was achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer lasertexturierten Dressierwalze, ein Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs sowie ein entsprechend dressiertes Stahlblech.

Description

Verfahren zum Herstellen einer lasertexturierten Dressierwalze, Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs und entsprechend dressiertes Stahlblech
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer lasertexturierten Dressierwalze, ein Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs sowie ein entsprechend dressiertes Stahlblech.
Zur Herstellung von texturierten Dressierwalzen existieren diverse Texturierverfahren, die sich in ihrer Funktionsweise unterscheiden. Ein gängiges Verfahren stellt das Electro-Discharge-Tex- turing (EDT) dar, bei welchem sich ein Dressierwalzenrohling in einem Dielektrikum befindet, an einer Elektrode vorbeigeführt wird und über Funkenerosion kleine Krater in die Walzenoberfläche geschlagen werden. Die aus dem EDT-Verfahren resultierende Texturierung der Dressierwalze ist entsprechend stochastischer Natur, vgl. beispielsweise EP 2 006 037 Bl . Die Tiefe des Abtrags durch den Funkeneinschlag hängt von diversen Parametern wie beispielsweise der Beschaffenheit des Elektrodenmaterials, dem Abstand von Elektrode und Dressierwalze(nroh- ling) oder den prozessbedingten Eigenschaften des Dielektrikums ab. Beim sukzessiven EDT- Texturieren mehrerer Dressierwalzen(rohlinge) ist es möglich, dass sich diese Parameter mit der Zeit ändern und so unterschiedlich raue Dressierwalzen entstehen können - zum Beispiel die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Dielektrikums infolge von Verschmutzung. Nicht immer kann zwischen den Texturierungsprozessen eine Anpassung der Entladungsspannung beziehungsweise des Elektrodenstroms erfolgen, um die mittlere Tiefe des Abtrags auf nacheinander zu texturierenden bzw. texturierten Dressierwalzen gleich zu halten. Dies hat zur Folge, dass sich die Rauheiten der Dressierwalzen nach dem Texturieren unterscheiden und so auch unterschiedlich raue Walzenoberflächen des im Dressiergerüst eingesetzten Walzenpaars resultieren. Im Zuge eines nach dem Texturieren nachträglichen Schleifprozesses, dem sogenannten Super-Finish, kann die Rauheit der Dressierwalzen angeglichen werden. Um sicher zu gehen, dass die Oberflächen der eingesetzten Dressierwalzen eine vergleichbare Rauheit aufweisen, müssten allerdings nach den Schleifoperationen flächendeckende Rauheitsmessungen stattfinden, die jedoch zeit- und demnach kostenintensiv sind.
Durch den Einsatz von unterschiedlich rauen Dressierwalzen im Dressiergerüst entstehen auch auf den beiden Seiten (Unterseite und Oberseite) des dressierten Stahlblechs (Stahlbands) unterschiedliche Rauheitskennwerte. Die formgebenden Elemente auf der Dressierwalze werden in das zu dressierende Stahlblech hineingedrückt, wobei rauere Walzentopografien hierbei auch rauere Blechtopografien erzeugen. An einem Beispiel eines feuerverzinkten und dressierten Stahlblechs konnten systematische Abweichungen der Rauheit auf der Ober- und Unterseite ermittelt werden, wobei diese Abweichungen, bedingt durch die Walzentopografie, bis zu 0,5 pm betrugen.
Als Alternative zum EDT-Verfahren kann ebenso das Lasertexturieren (LT) der Dressierwal- zen(rohlinge) als Texturierverfahren verwendet werden, um der Dressierwalze eine definierte Topografie zu verleihen, vgl. beispielsweise EP 2 892 663 Bl, somit der Dressierwalze eine deterministische Oberflächentopografie aufprägen. Auch bei dressierten Stahlblechen, die mit lasertexturierten Dressierwalzen dressiert werden, ist ein Auftreten unterschiedlicher Rauheiten an Ober- und Unterseite des dressierten Stahlblechs möglich.
Zwar ist der Texturierungsprozess mittels Laser stabil, allerdings stark von der Rauheit der zu texturierenden Dressierwalze und somit von der Rauheit des Dressierwalzenrohlings abhängig. Damit beim Lasertexturieren mit gleichen Prozessparametern stets „reproduzierbare“ Oberflächentopografien auf der Dressierwalze erzeugt werden können, müssen die zu texturierenden Dressierwalzen enge Toleranzen hinsichtlich der Topografie aufweisen. Der Laserfokus folgt während des Lasertexturierens bedingt dem Rauheitsprofil. Da der mögliche Verfahrweg des Fokus limitiert ist, kann es durch hohe Rauheitswerte des Dressierwalzenrohlings passieren, dass der Laser außerhalb der Fokuslage betrieben wird. Eine derartige Abweichung tritt insbesondere dann auf, wenn die Rauheit des Dressierwalzenrohlings Schwankungen über den Umfang und/oder in axialer Richtung aufweist. Dieses hat einen negativen Einfluss auf die Strahlform und somit auf die Einkopplung der Laserleistung in die Oberfläche, was zu einem Undefinierten Laserabtrag führt, sodass die Ist-Topografie stark von der Soll-Topografie abweichen kann.
Ein Ansatz, derartige Abweichungen der Dressierwalzentopografie zu kompensieren, ist wie beim EDT-Verfahren der zusätzliche Bearbeitungsschritt des Super-Finishs. Beim Super-Finish handelt es sich um ein Schleifverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide, deren Unbestimmtheit in der Größenordnung der zu bearbeitenden Oberflächen liegt. Infolge von Prozessschwankungen unterliegt auch der Prozess des Super-Finishs Fertigungstoleranzen, die sich auf die ergebende Oberflächentopografie auswirken. Beispiele für schwankende Prozessparameter sind der Verschleiß des Schleifbandes sowie Abweichungen im Anpressdruck während der Bearbeitung im Schleifprozess.
Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Arbeitswalzen bzw. Dressierwalzen bekannt, die im fertigen, einsatzfähigen Zustand Rauheiten im Bereich zwischen 0,4 bis 8 pm, vgl. DE 694 23 784 T2, zwischen 0,5 bis 7 pm, vgl. DE 20 2017 007 170 Ul, oder aber auch weniger als 0,07 pm, vgl. WO 2014114370 Al, aufweisen können.
Die Topografie einer Blechseite, in der Regel dargestellt anhand von Rauheitskennwerten, hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Weiterverarbeitungseigenschaften. Rauere Topografien wirken sich positiv auf die Reaktivität der Oberfläche im Reinigungs- und Klebprozess aus. Auch mit Blick auf das Umformverhalten weisen rauere Oberflächen in der Regel geringere Reibwerte auf, da das Ölrückhaltevermögen begünstigt wird. Prozessbedingte Abweichungen der Topografie von Blechober- und -Unterseite führen zu unterschiedlichen Verhalten bei den oben genannten Weiterverarbeitungsschritten und sind daher unerwünscht, da in den weiteren Weiterverarbeitungsschritten eine „Gut“- und „Schlecht“-Seite unterschieden werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, neben einem Verfahren zur Herstellung einer lasertexturierten Dressierwalze, einem Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs auch ein dressiertes Stahlblech anzugeben, mit welchen die Nachteile aus dem Stand der Technik behoben werden können, insbesondere eine möglichst gleiche Struktur mit im Wesentlichen vergleichbaren Strukturkennwerten auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs erzeugen zu können.
Die Aufgabe in Bezug auf das Verfahren zum Herstellen einer lasertexturierten Dressierwalze wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf das Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs wird mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf das dressierte Stahlblech wird mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Eine erste Lehre der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer lasertexturierten Dressierwalze, wobei zunächst ein Dressierwalzenrohling bereitgestellt wird, wobei anschließend die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings mit einem Laser bearbeitet wird, eine Oberflächentopografie mittels Ablation auf der Oberfläche der Dressierwalze zu erzeugen, wobei in vorteilhafter Weise der bereitgestellte Dressierwalzenrohling einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von maximal 0,8 pm aufweist.
Aufgrund der engen Toleranzen durch die reduzierte Ausgangsrauheit auf der Oberfläche des Dressierwalzenrohlings mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra bis zu maximal 0,8 pm, insbesondere bis zu maximal 0,7 pm, vorzugsweise bis zu maximal 0,6 pm, bevorzugt bis zu maximal 0,5 pm, besonders bevorzugt bis zu maximal 0,4 pm, kann der Laser beim Bearbeiten der Oberfläche des Dressierwalzenrohlings innerhalb der Fokuslage betrieben werden, so dass die Strahlform des Lasers im Wesentlichen erhalten bleibt und die somit eine reproduzierbare Einkopplung der Laserleistung in die Oberfläche erfolgt, was zu einem definierten Laserabtrag führt.
Ein arithmetischer Mittenrauwert Ra von 0 pm ist technisch nicht möglich. Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche des Dressierwalzenrohlings ist somit größer 0 pm. Je nach Aufwand und Verfahren zum Bearbeiten kann der arithmetische Mittenrauwert Ra an der Oberfläche des Dressierwalzenrohlings mit mindestens 0,05 pm, insbesondere mindestens 0,1 pm, vorzugsweise mindestens 0,15 pm, bevorzugt mindestens 0,2 pm eingestellt werden.
Zur Ermittlung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra wird ein Rauheitsprofil aus dem (tatsächlichen) Oberflächenprofil der Oberflächentopografie einer lasertexturierten Dressierwalze gefiltert, wobei beispielsweise ein Gaußfilter gemäß ISO 166210-21 (z. B. Ausgabe Juni 2013) mit einer Grenzwellenlänge XGC = 2,5 mm verwendet wird. Die Grenzwellenlänge XGC wird aus der DIN EN ISO 4288 (z. B. Ausgabe April 1998), Punkt 7 Tabelle 1 festgelegt, da von einem aperiodischen Profil mit einer Rauheit der Textur zwischen 2 und 10 pm ausgegangen und dadurch eine Einzelmesstrecke von 2,5 mm, welche somit XGC entspricht, gefordert wird. Auch wenn bei einer deterministischen Textur im engeren Sinne von periodischen Profilen ausgegangen werden könnte, dadurch eventuell eine Rillenform wie in der DIN EN ISO 4288, Punkt 7 Tabelle 3 „RSm“, hätte in Betracht gezogen werden können, wird hier jedoch im Vorliegenden nicht berücksichtigt, da im dritten Abschnitt der Einleitung in der DIN EN ISO 4288 beschrieben ist, dass die Unterscheidung zwischen aperiodischen und periodischen Profilen einer subjektiven Beurteilung unterliegt und dem Anwender entsprechend überlassen wird, so dass im Folgenden die Beurteilung anhand aperiodischen Profilen erfolgt und dies im Sinne der DIN EN ISO 4288 zulässig ist. Unter Oberflächenprofil, ist ein Verlauf respektive ein Profil der Oberflächenstruktur im Schnitt entlang einer definierten Messstrecke zu verstehen. Aus dem Oberflächenprofil wird das Rauheitsprofil gefiltert, wobei langwellige Anteile mit einer Wellenlänge größer als 2,5 mm abgeschnitten werden.
Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von lasertexturierten Dressierwalzen sind Stand der Technik, vgl. u. a. EP 2 892 663 Bl .
Vorzugsweise wird mittels Laser eine deterministische bzw. eine pseudostochastische Topografie in die Oberfläche der Dressierwalze bzw. des Dressierwalzenrohlings mittels Materialabtrag eingebracht. Unter deterministischer Oberflächentopografie/Oberflächenstruktur sind wieder- kehrende Oberflächenstrukturen zu verstehen, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung aufweisen, vgl. auch EP 2 892 663 Bl . Insbesondere gehören hierzu zudem Oberflächen mit einer pseudostochastischen Anmutung, die jedoch mittels eines deterministischen Texturierungsverfahrens aufgebracht werden und sich somit aus deterministischen Formelementen zusammensetzen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings durch Verwendung eines Schleifsteins oder Schleifbands mit einer Körnung zwischen 30 und 180 (insbesondere nach FEPA F oder P) bearbeitet, bis der vorgegebene arithmetische Mittenrauwert Ra des Dressierwalzenrohlings eingestellt ist. Je höher die Körnung, umso feiner und kleiner kann der arithmetische Mittenrauwert Ra auf der Oberfläche des Dressierwalzenrohlings abgeschliffen werden. Die Körnung des Schleifsteins oder Schleifbands kann insbesondere mindestens 35, vorzugsweise mindestens 40 betragen und insbesondere auf 150, oder vorzugsweise auf 120 begrenzt sein.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings durch Elektropolieren oder Plasmapolieren bearbeitet, bis der vorgegebene arithmetische Mittenrauwert Ra des Dressierwalzenrohlings eingestellt ist. Sowohl das Elektropolieren wie auch das Plasmapolieren sind Stand der Technik, wobei in Abhängigkeit von dem angestrebten arithmetischen Mittenrauwert Ra auf der Oberfläche des Dressierwalzenrohlings die verfahrensbedingten entsprechenden Parameter, wie z. B. Zusammensetzung des Elektrolyts, Stromstärke, Behandlungsdauer, Arbeitsabstand etc., im Rahmen von Versuchen herausgefunden werden können.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings durch chemisch-mechanisches Polieren bearbeitet, bis der vorgegebene arithmetische Mittenrauwert Ra des Dressierwalzenrohlings eingestellt ist. Auch hier sind die Prozesse Stand der Technik und die entsprechenden verfahrensbedingten Parameter, wie z. B. Art/Beschaffenheit des Poliermittels-Zmediums, Rotationsgeschwindigkeit etc., im Rahmen von Versuchen ermittelbar.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings durch Laserpolieren bearbeitet, bis der vorgegebene arithmetische Mittenrauwert Ra des Dressierwalzenrohlings eingestellt ist. Vergleichbar zum Lasertexturieren kann ein Laser verwendet werden, welcher Pulse mit geringer Intensität auf die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings aussendet und diese quasi ein thermisches Glätten der Oberfläche bewirken. Dadurch lassen sich beispielsweise Rüstzeiten auf den konventionell zum Einsatz kommenden Schleifmaschinen, der Schleifprozess als solches, die damit verbundenen logistischen Aufwände, zum Beispiel der Transport vom Dressiergerüst zur Schleifbank, von dieser zur Texturierungsanlage und optional wieder zurück zur Schleifbank, deutlich minimieren beziehungsweise können teilweise oder vollständig entfallen. Die Anlage zum Lasertexturieren kann in vorteilhafter Weise auch zum thermischen Glätten verwendet werden. Die Parameter zur Einstellung des Lasers können über Versuche ermittelt werden, wie z. B. eine materialspezifische Leistung pro Fläche, überlappende Pulse etc., um den geforderten arithmetischen Mittenrauwert Ra auf der Oberfläche des Dressierwalzenrohlings einzustellen.
Durch die Bearbeitung der Oberfläche des Dressierwalzenrohlings vor der Lasertexturierung und die damit verbundene Reduktion des arithmetischen Mittenrauwerts Ra der Oberfläche des Dressierwalzenrohlings wird eine erfolgreiche topografieabhängige Lasersteuerung bezüglich der Strahlform, Fokuslage und Leistung gewährleistet, da die Parameter im Verlauf der Lasertexturierung im Wesentlichen konstant betrieben werden können und nicht mehr angepasst werden müssen, wie bei raueren Oberflächen von Dressierwalzenrohlingen mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra größer 1 pm.
Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs, wobei das Stahlblech in einem Dressiergerüst zwischen zwei lasertexturierten Dressierwalzen hindurchgeführt wird, wobei die erste Dressierwalze auf die Oberseite des Stahlblechs und die zweite Dressierwalze auf die Unterseite des Stahlblechs einwirkt und durch das Dressieren jeweils eine Oberflächenstruktur auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs eingeprägt wird, so dass die Oberflächenstruktur auf der Oberseite des Stahlblechs von der Oberflächenstruktur auf der Unterseite des Stahlblechs sich derart unterscheidet, dass die Strukturkennwerte, ausgewählt aus der Gruppe umfassend den arithmetischen Mittenrauwert Ra, Schiefe Rsk, Spitzenzahl Rpc, Rautiefe Rz und entwickeltes Grenzflächenverhältnis Sdr, der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander eine maximale relative Abweichung aufweisen, welche wie folgt definiert sind:
Ra < 6 % und/oder
Rsk < 50 % und/oder
Rpc < 10 % und/oder
Rz < 15 % und/oder Sdr 30 %, wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist.
Somit kommen Dressierwalzen(paare) zum Einsatz, welche jeweils erfindungsgemäß hergestellt sind, somit zwei Dressierwalzenrohlinge mit jeweils einer Oberfläche mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von maximal 0,8 pm bearbeitet sind und anschließend vorzugsweise das Lasertexturieren mit gleichen Parametern bzw. gleicher Intensitätsverteilung an den zwei bereitgestellten Dressierwalzenrohlingen durchgeführt wird, um ein Dressierwalzenpaar für ein Dressiergerüst mit minimalen Form-, Lage- und Texturabweichungen der Dressierwalzenoberflächen zu erhalten.
Es ist in den Fachkreisen bekannt, dass kein vollständiger Übertrag der Oberflächentopografie der Dressierwalze auf die Oberfläche des Stahlblechs erfolgen kann, sondern im Wesentlichen nur die signifikanten Teile, wie zum Beispiel die Spitzen des Oberflächenprofils der Dressierwalze, in die Oberfläche des Stahlblechs eindringen und damit der Oberfläche des Stahlblechs nach dem Dressieren ein neues Erscheinungsbild respektive Charakteristikum verleihen, welche sich vom Zustand vor dem Dressieren unterscheidet. Die Oberfläche (positive Form) der Dressierwalze bildet durch Krafteinwirkung auf die Oberfläche des insbesondere beschichteten Stahlblechs eine Oberflächenstruktur aus, welche sich somit nur zum Teil in der Oberfläche (negative Form) des Stahlblechs abprägt.
Gemäß einer dritten Lehre betrifft die Erfindung ein Dressiertes Stahlblech mit jeweils einer auf der Oberseite und der Unterseite des Stahlblechs aufweisenden Oberflächenstruktur, so dass die Oberflächenstruktur auf der Oberseite des Stahlblechs von der Oberflächenstruktur auf der Unterseite des Stahlblechs sich derart unterscheidet, dass die Strukturkennwerte, ausgewählt aus der Gruppe umfassend den arithmetischen Mittenrauwert Ra, Schiefe Rsk, Spitzenzahl Rpc, Rautiefe Rz und entwickeltes Grenzflächenverhältnis Sdr, der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander eine maximale relative Abweichung aufweisen, welche wie folgt definiert sind:
Ra < 6 % und/oder
Rsk < 50 % und/oder
Rpc < 10 % und/oder
Rz < 15 % und/oder Sdr < 30 %, wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist.
Unter Stahlblech ist allgemein ein Stahlflachprodukt zu verstehen, welches in Blechform (Blech) bzw. in Platinenform (Platine) oder in Bandform (Stahlband) bereitgestellt werden kann.
Die Strukturkennwerte Ra, Rsk, Rpc, Rz und Sdr können am dressierten Stahlblech, wie in der DIN EN ISO 4288 angeben, ermittelt bzw. bestimmt werden.
Gemessen wird vorzugsweise mittels Konfokalmikroskopie, wobei insbesondere eine Messfläche von beispielsweise 4x4 mm2 oder größer betrachtet werden kann, um die Strukturkennwerte auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs zu ermitteln. Die Ermittlung der Strukturkennwerte ist Stand der Technik.
Mindestens eine der Bedingungen der vorgenannten Strukturkennwerte muss erfüllt sein. Insbesondere können auch zwei oder mehrere Bedingungen der vorgenannten Strukturkennwerte erfüllt sein. Vorzugsweise können alle Bedingungen der vorgenannten Strukturkennwerte erfüllt sein.
Die maximalen relativen Abweichungen der Strukturkennwerte der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander können des Weiteren wie folgt eingeschränkt sein:
- insbesondere Ra < 5 %, vorzugsweise Ra < 3 % und/oder
- insbesondere Rsk < 40 %, vorzugsweise Rsk < 30 % und/oder
- insbesondere Rpc < 8 %, vorzugsweise Rpc < 6 % und/oder
- insbesondere Rz < 12 %, vorzugsweise Rz < 10 % und/oder
- insbesondere Sdr < 23 %, vorzugsweise Sdr < 20 % wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist.
Das erfindungsgemäß dressierte Stahlblech kann unbeschichtet oder vorzugsweise beschichtet sein. Ist das Stahlblech beschichtet, so umfasst die Beschichtung des beschichteten Stahlblechs einen metallischen Überzug. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet, welcher durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht ist, wobei im Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% in dem Überzug enthalten sein können. Stahlbleche mit zinkbasiertem Überzug weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf, welche seit Jahren im Automobilbau eingesetzt werden. Ist ein verbesserter Korrosionsschutz vorgesehen, weist der Überzug zusätzlich Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,9 Gew.-% auf. Aluminium kann alternativ oder zusätzlich zu Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,3 Gew.-% vorhanden sein, um beispielsweise eine Anbindung des Überzugs an das Stahlblech zu verbessern und insbesondere eine Diffusion von Eisen aus dem Stahlblech in den Überzug bei einer Wärmebehandlung des beschichteten Stahlblechs im Wesentlichen zu vermeiden, damit beispielsweise eine gute Klebeignung gewährleistet werden kann. Dabei kann eine Dicke des Überzugs zwischen 1,5 und 15 pm, insbesondere zwischen 2 und 12 pm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 pm betragen. Unterhalb der Mindestgrenze kann kein ausreichender kathodischer Korrosionsschutz gewährleistet werden und oberhalb der Höchstgrenze können Fügeprobleme beim Verbinden des erfindungsgemäßen Stahlblechs respektive eines daraus gefertigten Bauteils mit einem anderen Bauteil auftreten, insbesondere kann bei Überschreiten der Dicke des Überzugs angegebene Höchstgrenze kein stabiler Prozess beim thermischen Fügen bzw. Schweißen sichergestellt werden.
Das Dressieren beim Vorsehen eines Stahlblechs mit einem mittels Schmelztauchen beschichteten Überzugs erfolgt in der Regel nach dem Beschichten, sprich, das Aufprägen jeweils einer Oberflächenstruktur auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs erfolgt am beschichteten Stahlblech.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stahlblechs ist das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet, welcher durch elektrolytisches Beschichten aufgebracht ist. Dabei kann eine Dicke des Überzugs zwischen 1,5 und 15 pm, insbesondere zwischen 2 und 12 pm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 pm betragen.
Das Dressieren beim Vorsehen eines Stahlblechs mit einer mittels elektrolytischer Beschichtung beschichteten Überzugs erfolgt in der Regel vor dem Beschichten, sprich, das Aufprägen jeweils einer Oberflächenstruktur auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs erfolgt am unbeschichteten Stahlblech.
In einem praktischen Versuch wurden beschichtete Stahlbleche mit einem zinkbasierten Überzug dressiert. Dicke und Zusammensetzung des Stahlblechs sowie Dicke und Zusammensetzung des zinkbasierten Überzugs waren bei allen Versuchen gleich. Das Dressieren wurde in einem ersten Versuch 1 an Standard EDT-Dressierwalzenpaaren in einem Dressiergerüst durchgeführt. Der zweite Versuch 2 und dritte Versuch 3 erfolgte mit einem Dressierwalzenpaar in einem Dressiergerüst mit jeweils einer deterministischen Oberflächentopografie, welche mittels Laser texturiert wurden. Für die Versuche 1 und 2 wurden Dressierwalzenrohlinge mit einer Oberfläche mit jeweils einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von 1,1 pm eingesetzt. Bei Versuch 3 kamen Dressierwalzenrohlinge mit einer Oberfläche mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von maximal 0,8 pm, hier speziell zwischen 0,2 und 0,4 pm zum Einsatz. Die Ermittlung des arithmetischen Mittenrauwerts Ra an rotationssymmetrischen Körpern, wie in diesen Fällen an den jeweiligen Dressierwalzenrohlingen, ist Stand der Technik und kann insbesondere über ein mobiles Konfokalmikroskop erfolgen. Zum Einsatz kam bei allen Dressierwalzenrohlingen ein Schleifverfahren mit einem Schleifstein der Körnung 60 (FEPA F), wobei bei Variante 3 die Dressierwalzenrohlinge länger bearbeitet wurden, bis sich die Zielrauheit eingestellt hatte.
Aus den dressierten Stahlblechen gemäß den Versuchen 1 bis 3 wurde jeweils 10 Proben entnommen, welche näher untersucht wurden, insbesondere um die Strukturkennwerte an der Ober- und Unterseite der Stahlbleche (respektive der Proben) zu ermitteln bzw. zu bestimmen, analog zu DIN ISO EN 1488. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 als Mittelwerte angegeben.
Tabelle 1
Gut zu erkennen ist, dass die Strukturkennwerte bei der Variante 3 auf der Ober- und Unterseite weniger voneinander abweichen. Auch die Streuung der Einzelkennwerte bei den 10 Proben der Variante 3 war enger als bei den Varianten 1 und 2.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer lasertexturierten Dressierwalze, wobei ein Dressierwalzenrohling bereitgestellt wird, wobei die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings mit einem Laser bearbeitet wird, um eine Oberflächentopografie mittels Ablation auf der Oberfläche der Dressierwalze zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der bereitgestellte Dressierwalzenrohling einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von maximal 0,8 pm aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der bereitgestellte Dressierwalzenrohling einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von maximal 0,4 pm aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings durch Verwendung eines Schleifsteins oder Schleifbands mit einer Körnung zwischen 30 und 180 bearbeitet wird, bis der vorgegebene arithmetische Mittenrauwert Ra des Dressierwalzenrohlings eingestellt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings durch Elektropolieren oder Plasmapolieren bearbeitet wird, bis der vorgegebene arithmetische Mittenrauwert Ra des Dressierwalzenrohlings eingestellt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings durch chemisch-mechanisches Polieren bearbeitet wird, bis der vorgegebene arithmetische Mittenrauwert Ra des Dressierwalzenrohlings eingestellt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberfläche des Dressierwalzenrohlings durch Laserpolieren bearbeitet wird, bis der vorgegebene arithmetische Mittenrauwert Ra des Dressierwalzenrohlings eingestellt ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Laser ein Kurzpulsoder ein Ultrakurzpulslaser verwendet wird.
8. Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs, wobei das Stahlblech in einem Dressiergerüst zwischen zwei lasertexturierten Dressierwalzen hindurchgeführt wird, wobei die erste Dressierwalze auf die Oberseite des Stahlblechs und die zweite Dressierwalze auf die Unterseite des Stahlblechs einwirkt und durch das Dressieren jeweils eine Oberflächenstruktur auf der Ober- und Unterseite des Stahlblechs eingeprägt wird, wobei die Dressierwalzen insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur auf der Oberseite des Stahlblechs von der Oberflächenstruktur auf der Unterseite des Stahlblechs sich derart unterscheidet, dass die Strukturkennwerte, ausgewählt aus der Gruppe umfassend den arithmetischen Mittenrauwert Ra, Schiefe Rsk, Spitzenzahl Rpc, Rautiefe Rz und entwickeltes Grenzflächenverhältnis Sdr, der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander eine maximale relative Abweichung aufweisen, welche wie folgt definiert sind:
Ra < 6 % und/oder
Rsk < 50 % und/oder
Rpc < 10 % und/oder
Rz < 15 % und/oder
Sdr < 30 %, wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist. Dressiertes Stahlblech mit jeweils einer auf der Oberseite und der Unterseite des Stahlblechs aufweisenden Oberflächenstruktur, insbesondere dressiert nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur auf der Oberseite des Stahlblechs von der Oberflächenstruktur auf der Unterseite des Stahlblechs sich derart unterscheidet, dass die Strukturkennwerte, ausgewählt aus der Gruppe umfassend den arithmetischen Mittenrauwert Ra, Schiefe Rsk, Spitzenzahl Rpc, Rautiefe Rz und entwickeltes Grenzflächenverhältnis Sdr, der jeweiligen Oberflächenstrukturen im Vergleich zueinander eine maximale relative Abweichung aufweisen, welche wie folgt definiert sind:
Ra < 6 % und/oder
Rsk < 50 % und/oder
Rpc < 10 % und/oder
Rz < 15 % und/oder
Sdr < 30 %, 14 wobei die Bedingung für mindestens eines dieser Strukturkennwerte erfüllt ist. Stahlblech nach Anspruch 9, wobei das Stahlblech mit einem metallischen Überzug beschichtet ist. Stahlblech nach Anspruch 10, wobei das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet ist, welcher durch Schmelztauchbeschichten aufgebracht ist, wobei im Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von bis zu 5 Gew.-% in dem Überzug enthalten sein können. Stahlblech nach Anspruch 10, wobei das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug beschichtet ist, welcher durch elektrolytisches Beschichten aufgebracht ist.
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