新型車架大梁鋼涂裝工藝研究
——綠色免酸洗EPS表面處理鋼初探

張亞倫，王慶國，泮戰(zhàn)俠，王亮，貢博，孫鈺強(qiáng)，白培謙

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

新型車架大梁鋼涂裝工藝研究
——綠色免酸洗EPS表面處理鋼初探

張亞倫，王慶國，泮戰(zhàn)俠，王亮，貢博，孫鈺強(qiáng)，白培謙

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

通過對熱軋鋼板和綠色免酸洗表面處理鋼(簡稱EPS鋼)的工藝、耐腐蝕性研究，分析了EPS鋼具備除銹等級(jí)高，除銹后鋼材表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，提出了EPS鋼可用于車架大梁鋼等零部件，值得推廣和應(yīng)用。

車架大梁鋼；熱軋鋼；EPS鋼；耐腐蝕性；涂裝工藝

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-86-05

前言

卡車車架總成的縱梁及加強(qiáng)板、橫梁及連接板和部分支架的材質(zhì)均采用熱軋鋼板。熱軋鋼板在軋制的過程中，其表面由于高溫作用形成由氧化亞鐵（FeO,灰色）、四氧化三鐵（Fe3O4，藍(lán)黑色）和三氧化二鐵（Fe2O3，赤色）組成的黑色氧化皮。

涂裝前應(yīng)將鋼鐵表面的氧化皮和鐵銹除盡，否則將影響漆膜的附著力、裝飾性和使用壽命。因?yàn)殍F銹結(jié)構(gòu)疏松，在金屬表面附著不牢，易隨涂層一起脫落，而氧化皮在水氣作用下會(huì)生成Fe（OH）3，體積增大使漆膜起泡、龜裂、脫落。漆膜下的氧化物在與金屬鐵組成的腐蝕電池中是陰極，它促使金屬繼續(xù)腐蝕，使涂層很快破壞【1】。同時(shí)，氧化皮的存在會(huì)對縱梁壓型過程中的模具產(chǎn)生磨損，加速模具的損耗。

常用的除銹方法主要采用化學(xué)除銹和機(jī)械除銹兩種方法。以往大型件除銹多采用化學(xué)方法來除銹——酸洗除銹，但是由于酸洗對環(huán)境污染較大，因此漸漸被機(jī)械除銹法取代，機(jī)械除銹最常見的是拋丸除銹。拋丸除銹是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，將鋼丸拋向鋼鐵表面，從而達(dá)到除銹的目的。拋丸除銹是一種常見的除銹方法，具有生產(chǎn)效率高、費(fèi)用低、自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)流水線操作的特點(diǎn)，被各大汽車制造公司廣泛采用【2】。但是，隨著環(huán)境問題的日漸顯現(xiàn)，拋丸過程中產(chǎn)生的大量粉塵對車間環(huán)境造成一定的污染。

熱軋鋼板表面通過噴砂或拋丸的方法進(jìn)行除銹，鋼材表面厚的銹層予以清除，可見油脂和污垢也應(yīng)該清除，對于噴砂或拋丸過的鋼材表面，有四個(gè)除銹等級(jí)：Sa1、Sa2、Sa2.5、Sa3【3】， 這四個(gè)等級(jí)的評判標(biāo)準(zhǔn)見表1。

除銹等級(jí)不同，將對后續(xù)涂裝過程中漆膜的形成和漆膜性能造成不同的影響，除銹越徹底，漆膜的附著力、裝飾性和使用壽命等性能越好。目前，酸洗和拋丸這兩種除銹方法都會(huì)對環(huán)境造成一定的影響，因此，新的綠色環(huán)保除銹方法的出現(xiàn)，將會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的除銹方法，同時(shí)有效提高車架

總成涂漆后的表面質(zhì)量和耐腐蝕性能。

表1 防銹等級(jí)評判標(biāo)準(zhǔn)

1、EPS鋼技術(shù)原理及優(yōu)點(diǎn)

1.1 EPS鋼技術(shù)原理

EPS表面處理線采用國際最新熱軋鋼卷（板）表面處理技術(shù)，它是一種機(jī)械去除氧化皮的方法，也叫做“磨料漿噴射”處理技術(shù)。這種技術(shù)的基本原理是工作介質(zhì)即硬鋼砂和水的混合物對鋼板上下表面進(jìn)行噴射處理，在打擊力的作用下去除熱軋鋼板表面的氧化鐵皮，使鋼板成為光滑、清潔的表面。EPS可免去酸洗、拋丸、涂漆等預(yù)處理工序，實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)。其表面質(zhì)量可達(dá)到酸洗效果；可緩解壓坑、銹蝕、輥印等缺陷，實(shí)現(xiàn)精整卷供貨。

1.2 EPS鋼優(yōu)點(diǎn)

1.2.1表面粗糙度（Ra值）有效降低

EPS表面均勻平滑，表面粗糙度集中在低值區(qū)域，Ra值≤6μm，EPS粗糙度Ra值可達(dá)到酸洗帶鋼的Ra值水平，甚至超過酸洗帶鋼，更適合涂漆工藝。

1.2.2外觀質(zhì)量有效提升

經(jīng)過EPS處理，鋼材表面十分均勻，有金屬光澤，反光性好，圖1為熱軋鋼、酸洗鋼和EPS鋼的外觀對比。

1.2.3 表面缺陷明顯弱化或減少

EPS鋼表面的凹坑變得更加圓鈍，無銹蝕，輥印不明顯，硅斑紋消減。

1.2.4 優(yōu)良的環(huán)保性能、防腐性能

取代酸洗、拋丸工序，無污染及后續(xù)酸處理，滿足環(huán)保要求，EPS處理后的鋼板在一般情況下可保存180天不生銹。

2、工藝小試

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

⑴ 考察EPS鋼的原始表面狀態(tài)；

⑵ 未涂漆EPS鋼的耐鹽霧性能；

⑶ 陰極電泳后EPS鋼表面漆膜的附著力、耐鹽霧性能；

⑷ 在沖壓成型、清洗、沖孔、鉚接等加工過程中EPS鋼的表面狀態(tài)；

⑸ 加工過程對電泳成膜性的影響。

2.2 試驗(yàn)材料

⑴ 國內(nèi)A鋼廠供車架小試用EPS鋼原始樣板，規(guī)格：150 ×75mm，數(shù)量各3塊；（一號(hào)樣板）；

⑵ 經(jīng)過磷化處理的車架小試用EPS鋼板，規(guī)格：150× 75mm，數(shù)量各3塊；（二號(hào)樣板）；

⑶ 經(jīng)過前處理磷化和陰極電泳處理的車架小試用EPS鋼板，規(guī)格：150×75mm，數(shù)量3塊；（三號(hào)樣板）；

⑷ 供車架中試用EPS鋼原始樣板，經(jīng)過沖孔、壓型、清洗、切割、折彎等處理后+前處理磷化+陰極電泳，規(guī)格：7250+10×428×8，數(shù)量4塊。（四號(hào)樣板）；

⑸ 一種前處理材料和一種陰極電泳漆。

2.3 試驗(yàn)過程

⑴ 一號(hào)樣板（原始板）先進(jìn)行粗糙度測量，再進(jìn)行耐鹽霧試驗(yàn)；

⑵ 二號(hào)樣板進(jìn)行金相顯微鏡觀察試驗(yàn)，評價(jià)磷化膜分布狀態(tài)；

⑶ 三號(hào)樣板先進(jìn)行粗糙度測量，再進(jìn)行附著力測試，然

后再進(jìn)行耐鹽霧試驗(yàn)；

⑷ 四號(hào)樣板進(jìn)行沖孔、壓型、清洗、切割、折彎等過程，首先，進(jìn)行觀察，重點(diǎn)觀察：折彎處、孔邊緣等部位鋼材表面氧化皮被破壞狀態(tài)；其次，和車架總成進(jìn)行涂裝走線過程，涂裝烘干后觀察鋼材折彎處電泳漆成膜狀態(tài)，和三號(hào)樣板電泳漆膜進(jìn)行對比；然后，取折彎處、沖孔處樣材進(jìn)行耐鹽霧試驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)項(xiàng)目及方法

表2 試驗(yàn)項(xiàng)目及評價(jià)方法

2.5 試驗(yàn)結(jié)果

2.5.1 EPS鋼表面原始微觀形貌

2.5.2 EPS鋼磷化板表面微觀形貌

在電子顯微鏡下觀察磷化膜微觀狀態(tài)，磷化顆粒細(xì)密均勻，粒徑為1.8～3.5μm。

2.5.3 EPS鋼板及其磷化板能譜分析

標(biāo)準(zhǔn)樣品: EPS鋼原板

元素 重量 原子百分比 百分比C K 2.11 9.11 Fe K 97.89 90.89總量 100.00

標(biāo)準(zhǔn)樣品: EPS鋼磷化板

元素 重量 原子百分比 百分比C K 3.09 9.23 O K 17.12 38.38 P K 5.08 5.88 Mn K 0.46 0.30 Fe K 58.57 37.61 Zn K 15.69 8.61總量 100.00

表5 各種鋼板材料耐鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

2.5.4 粗糙度Ra值

表3 各種原始鋼板粗糙度Ra值

表4 電泳板粗糙度Ra值

2.5.5 耐鹽霧試驗(yàn)

表6 EPS鋼各種樣板劃格試驗(yàn)結(jié)果

2.5.6 劃格試驗(yàn)

2.5.7 小試評價(jià)

通過以上試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

⑴ 在金相顯微鏡下觀察，經(jīng)過EPS表面處理的熱軋鋼板表面銹蝕已經(jīng)完全清理干凈，經(jīng)過精整工序，其表面更加理想，優(yōu)于拋丸、酸洗的表面狀態(tài)，表面除銹等級(jí)為Sa3級(jí)；

⑵ 通過電子顯微鏡觀察及能譜分析,EPS原始鋼材表面無其他不利于涂裝的硅元素存在；經(jīng)過磷化處理的EPS鋼板表面形成了一層均勻、致密的磷化膜，其磷化膜結(jié)晶粒徑為1.8～3.5μm，完全滿足電泳對磷化膜的要求；

⑶ EPS原始鋼材表面粗糙度均勻，且Ra值最小，有利于電泳漆的均勻附著，在對縱梁成型料的電泳漆膜測量中發(fā)現(xiàn)，用EPS鋼加工成型的縱梁，內(nèi)外表面的電泳漆膜比其他鋼材表面的電泳漆膜更趨于均勻，尤其是縱梁內(nèi)腹面的電泳漆膜厚度可以達(dá)到27.4μm，內(nèi)外表面的漆膜差距僅為0.8 μm，產(chǎn)品一致性好；

⑷ 經(jīng)過陰極電泳底漆處理后，EPS鋼縱梁成型料零件沖孔邊緣72小時(shí)出現(xiàn)可見銹蝕，其他表面800h后部分出現(xiàn)銹蝕，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)SQB03021-2010 汽車零部件人造氣氛腐蝕試驗(yàn)——中性鹽霧試驗(yàn)S(B2)等級(jí)，滿足產(chǎn)品要求；

⑸ 經(jīng)過沖孔、剪裁、壓型、清洗、涂裝等一系列加工的縱梁零件，電泳底漆質(zhì)量得到了較大的提升，主要表現(xiàn)為：相比熱軋拋丸板電泳漆膜質(zhì)量，EPS鋼電泳漆膜表面光澤度提升50%，附著力為0級(jí)；但是與此同時(shí)，由于鋼材表面質(zhì)量比較好，加工過程中的磕碰、劃傷等現(xiàn)象都容易對鋼材表面質(zhì)量造成缺陷，因此需要在加工過程中，應(yīng)避免對鋼材的磕碰、劃傷等現(xiàn)象的發(fā)生；

⑹ 由于EPS鋼表面有一層水基的防銹劑，在正常狀態(tài)下可以存放180天，但是在空氣相對濕度≥70%，以及鋼材有水的情況下，鋼材表面銹蝕加速，實(shí)驗(yàn)顯示，原始鋼板、磷化板在鹽霧氛圍下24小時(shí)發(fā)生點(diǎn)銹，48小時(shí)后點(diǎn)銹遍布鋼板表面，因此對原材料、半成品的儲(chǔ)存有一定的要求，應(yīng)將其放置在干燥的環(huán)境中，對于原材料應(yīng)該有一定的遮蓋防護(hù)，對于涂裝的產(chǎn)品應(yīng)盡量避免長時(shí)間的停線，以免發(fā)生返銹現(xiàn)象的發(fā)生。

3、中試

由于在小試的過程中發(fā)現(xiàn)，EPS鋼表面在轉(zhuǎn)運(yùn)、加工過程中對環(huán)境的濕度及工作場所的水比較敏感，假如存放環(huán)境中的相對濕度≥70%時(shí)，會(huì)加速EPS鋼表面的銹蝕。因此，中試過程中重點(diǎn)對加工過程中的存放、加工周期進(jìn)行了關(guān)注，特意加長了每道工序后的存放時(shí)間，中試結(jié)果符合工藝使用要求。

4、結(jié)論

通過對車架大梁鋼的工藝研究發(fā)現(xiàn)，新型EPS鋼滿足加工現(xiàn)場的使用要求，做為一種新型綠色環(huán)保型表面處理材料，可以取代目前拋丸、酸洗等傳統(tǒng)除銹工藝方法，應(yīng)用到車架縱梁、橫梁等零部件的加工中，能夠保證防腐蝕性能，漆膜附著力達(dá)到0級(jí)，光澤度提升了50%，提高了車架零部件的漆膜外觀質(zhì)量，提升了產(chǎn)品競爭力，同時(shí)創(chuàng)造了一個(gè)潔凈的生產(chǎn)環(huán)境，環(huán)保效益很好，值得推廣和使用。

[1] 涂裝技術(shù)實(shí)用手冊. 葉揚(yáng)祥，潘肇基 主編. 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社 2003.5；

[2] 熱軋鋼板表面粗糙度對陰極電泳涂層耐腐蝕性的影響. 李春平姜婷娟 宮金寶等.《汽車工藝與材料》，2009年第9期；

[3] GB/T 8923.1-2011 涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定 第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級(jí)和處理等級(jí) （ISO 8501-1:2007）。

Painting Process Study of the New Chassis Longeron Steel—— Eco Pickled Surface steel study

Zhang Yalun, Wang Qingguo, Pan Zhanxia, Wang Liang, Gong Bo, Sun Yuqiang, Bai Peiqian
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200)

Through the hot rolled plate and the Eco Pickled Surface steel （EPS for shot）surface treatment technology process and corrosion resistance research, analyzed with the derusting grade high ,has the advantages of rust steel surface quality is good, the EPS steel can be used for frame beam steel parts, and is worthy of promotion and application.

Chassis longeron steel；Hot rolled steel；EPS steel；Painting process; Corrosion resistance .

U466

A

1671-7988(2014)09-86-05

張亞倫，就職于陜西重型汽車有限公司。