膜厚對(duì)自潤(rùn)滑合金化板性能的影響研究

杜　蓉　涂元強(qiáng)　雷澤紅　白會(huì)平　宋乙峰

(武鋼研究院　湖北　武漢：430080)

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膜厚對(duì)自潤(rùn)滑合金化板性能的影響研究

杜蓉涂元強(qiáng)雷澤紅白會(huì)平宋乙峰

(武鋼研究院湖北武漢：430080)

摘要對(duì)不同膜厚自潤(rùn)滑合金化板的潤(rùn)滑性能、成形性能、焊接性能、脫脂性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：隨著膜厚增加，自潤(rùn)滑合金化板的潤(rùn)滑性能、成形性能提高，焊接性能、脫脂性能變差；膜厚小于300mg/m2時(shí)，成形性能提高的不明顯；膜厚大于500mg/m2時(shí)，焊接性能及脫脂性能受到不良影響。為保證自潤(rùn)滑合金化板的性能，生產(chǎn)時(shí)應(yīng)將自潤(rùn)滑膜厚控制在300mg/m2～500mg/m2。

關(guān)鍵詞自潤(rùn)滑合金化板；膜厚；自潤(rùn)滑

日系轎車制造領(lǐng)域在要求耐蝕性的內(nèi)板和外板部件中大量使用合金化熱鍍鋅鋼板，但在工業(yè)應(yīng)用中易發(fā)生鍍層的粉化、剝落。自潤(rùn)滑合金化產(chǎn)品能夠提高合金化鋼板的潤(rùn)滑性，從而顯著改善合金化板的粉化和剝落問(wèn)題，對(duì)材料沖壓性能也有很好的提升作用，因而在日系車企中大行其道[1-3]。目前，自潤(rùn)滑合金化板的生產(chǎn)主要分為傳統(tǒng)的二步法工藝和新型的一步法工藝[4-5]。其中，一步法工藝是直接在合金化鋼板表面涂覆自潤(rùn)滑涂料，通過(guò)控制輥涂工藝和烘烤工藝來(lái)賦予自潤(rùn)滑合金化板優(yōu)良的性能。因此，對(duì)于膜厚的選擇尤為重要。武鋼采用一步法工藝生產(chǎn)出了自潤(rùn)滑合金化板，本文通過(guò)對(duì)不同膜厚下自潤(rùn)滑合金化板潤(rùn)滑性能、成形性能、焊接性能、脫脂性能的研究，討論了膜厚對(duì)自潤(rùn)滑合金化板性能的影響規(guī)律，確定了自潤(rùn)滑膜厚的最佳應(yīng)用范圍，為自潤(rùn)滑合金化板的生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)鋼為冷成型用合金化板DX54D+ZF(試樣編號(hào)為0)以及自潤(rùn)滑膜厚分別為100mg/m2、200mg/m2、300mg/m2、400mg/m2、500mg/m2、600mg/m2的自潤(rùn)滑合金化板DX54D+ZF-L，試樣編號(hào)分別為1-6。對(duì)試驗(yàn)鋼取樣，按照相關(guān)實(shí)驗(yàn)要求剪成小樣備用。

采用表面滑動(dòng)試驗(yàn)機(jī)對(duì)鋼板的摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，其中，載荷重量為1kg，滑動(dòng)速度為150mm/min，滑動(dòng)距離為100mm；采用杯突試驗(yàn)機(jī)對(duì)鋼板的杯突值進(jìn)行測(cè)試，其中，壓邊力為10kN，沖壓速度為1mm/s；采用高速深沖試驗(yàn)機(jī)對(duì)鋼板的成形范圍進(jìn)行測(cè)試，其中，沖頭直徑為50mm，沖壓速度為30m/min，鋼板外徑為105mm、107.5mm、110mm；采用中頻直流點(diǎn)焊試驗(yàn)機(jī)對(duì)鋼板的焊接電流工藝窗口進(jìn)行測(cè)試，其中，錐形電極端面直徑為6mm，電極壓力為2kN；采用日系車企通用的前處理體系對(duì)鋼板進(jìn)行脫脂處理，利用XRF光譜測(cè)試儀對(duì)經(jīng)脫脂處理后的自潤(rùn)滑合金化板進(jìn)行測(cè)試。

2結(jié)果與討論

2.1膜厚對(duì)鋼板潤(rùn)滑性能的影響

對(duì)0號(hào)試樣和1-6號(hào)試樣的初始動(dòng)摩擦系數(shù)以及不同往復(fù)摩擦次數(shù)下的動(dòng)摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，0號(hào)試樣的初始動(dòng)摩擦系數(shù)在0.15左右，1-6號(hào)試樣的初始動(dòng)摩擦系數(shù)相比1號(hào)試樣均得到顯著降低，在0.10-0.13的范圍之間，呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)11次往復(fù)摩擦之后，0號(hào)試樣的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)劇烈增長(zhǎng)，而1、2號(hào)試樣在經(jīng)過(guò)100次左右的往復(fù)摩擦之后，仍能保持在初始摩擦系數(shù)的水平。3-6號(hào)試樣的往復(fù)摩擦次數(shù)依次增加，其中，3、4號(hào)試樣在經(jīng)過(guò)150次往復(fù)摩擦之后，仍與初始摩擦系數(shù)保持在同一水平；5、6號(hào)試樣在往復(fù)摩擦200次之后，仍與初始摩擦系數(shù)保持在同一水平。

分析上述結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，隨著自潤(rùn)滑膜厚的增加，鋼板表面的動(dòng)摩擦系數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而極限往復(fù)摩擦次數(shù)呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。在自潤(rùn)滑膜厚為600mg/m2時(shí)，鋼板表面的摩擦系數(shù)減小至0.09，且在經(jīng)過(guò)200次以上的往復(fù)摩擦之后仍保持在0.09。鋼板表面的摩擦系數(shù)越低，鋼板的潤(rùn)滑性能越好。對(duì)于合金化板而言，摩擦系數(shù)的降低有利于提高鋼板的抗粉化性能，減少?zèng)_壓時(shí)模具的損壞。因此，隨著自潤(rùn)滑膜厚的增加，鋼板的潤(rùn)滑性能提高。

表1　動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果

2.2膜厚對(duì)鋼板成形性能的影響

2.2.1杯突值

對(duì)0號(hào)試樣和1-6號(hào)試樣的杯突值進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，0號(hào)試樣的平均杯突值最小，1-6號(hào)試樣的平均杯突值相比0號(hào)試樣均有所提高，且呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。其中，6號(hào)試樣的平均杯突值最大。分析上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著自潤(rùn)滑膜厚的增加，鋼板的杯突值呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。在自潤(rùn)滑膜厚為600mg/m2時(shí)，鋼板的杯突值達(dá)到最大。但是，在自潤(rùn)滑膜厚為100mg/m2及200mg/m2時(shí)，鋼板的杯突值提升的不明顯。深沖指標(biāo)能有效反映鋼板的加工成形性能，鋼板沖裂時(shí)的最大成形深度(杯突值)越大，鋼板的成形性能越好[6-7]。因此，隨著自潤(rùn)滑膜厚的增加，鋼板的成形性能提高。

圖1　杯突值測(cè)試結(jié)果

2.2.2高速成形范圍

對(duì)0號(hào)試樣和2-4號(hào)試樣進(jìn)行高速深沖測(cè)試，對(duì)其成形范圍進(jìn)行考察，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，2-4號(hào)試樣的成形范圍相比0號(hào)試樣均有所擴(kuò)展，但2號(hào)試樣擴(kuò)展的不多，3-4號(hào)試樣出現(xiàn)明顯擴(kuò)展。分析上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著自潤(rùn)滑膜厚的增加，鋼板的成形范圍呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。但是，在自潤(rùn)滑膜厚為200mg/m2時(shí)，鋼板的成形范圍擴(kuò)展的不多，即成形性能沒(méi)有得到明顯改善，這與杯突測(cè)試的結(jié)果一致。與普通合金化板相比，自潤(rùn)滑合金化板成形性能的提高主要得益于潤(rùn)滑性能的改善。前面已經(jīng)討論過(guò)，隨著自潤(rùn)滑膜厚的增加，鋼板的潤(rùn)滑性能得到提高，成形性能亦得到提高。在成形性能方面，應(yīng)對(duì)自潤(rùn)滑膜厚的下限進(jìn)行考察。結(jié)合杯突測(cè)試及高速深沖測(cè)試結(jié)果，當(dāng)自潤(rùn)滑膜厚為100mg/m2～200mg/m2時(shí)，合金化板的加工領(lǐng)域擴(kuò)展的不多；當(dāng)自潤(rùn)滑膜厚≥300mg/m2時(shí)，合金化板的加工領(lǐng)域得到明顯擴(kuò)展，合金化板的成形性能相比無(wú)處理板得到明顯提高。因此，為保證自潤(rùn)滑涂料涂覆于合金化板后，能有效提高合金化板的成形性能，改善鋼板沖壓后的外觀，應(yīng)將自潤(rùn)滑膜厚控制在≥300mg/m2的范圍。

圖2　成形范圍測(cè)試結(jié)果

2.3膜厚對(duì)鋼板焊接性能的影響

對(duì)0號(hào)試樣及4-6號(hào)試樣進(jìn)行點(diǎn)焊測(cè)試，對(duì)其焊接電流工藝窗口進(jìn)行考察，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，4號(hào)試樣的焊接電流工藝窗口與0號(hào)試樣完全一致；5號(hào)試樣的焊接電流工藝窗口相比0號(hào)試樣有少量收窄，但是基本一致；6號(hào)試樣的焊接電流工藝窗口明顯窄于0號(hào)試樣。分析上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著自潤(rùn)滑膜厚的增大，自潤(rùn)滑合金化板的焊接性能變差，這主要是由于自潤(rùn)滑涂料中含有非金屬物和有機(jī)物。自潤(rùn)滑膜厚越大，涂覆于合金化板后，鋼板表面的接觸電阻就越大，對(duì)于鋼板焊接性能的影響就越大。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)自潤(rùn)滑膜厚為500mg/m2時(shí)，鋼板的焊接性能受到影響，但是不明顯，基本與普通合金化板的焊接性能在同等水平；當(dāng)自潤(rùn)滑膜厚為600mg/m2時(shí)，鋼板的焊接性能明顯變差。因此，為保證自潤(rùn)滑涂料涂覆于合金化板后，不影響鋼板的焊接性能，應(yīng)將自潤(rùn)滑膜厚控制在≤500mg/m2的范圍。

圖3　焊接性能測(cè)試結(jié)果

2.4膜厚對(duì)鋼板脫脂性能的影響

對(duì)4-6號(hào)試樣進(jìn)行脫脂處理，采用XRF光譜測(cè)試儀對(duì)經(jīng)脫脂處理后試樣的自潤(rùn)滑皮膜殘余量進(jìn)行測(cè)試，正反兩面各選取6點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試結(jié)果如表2所示。從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，4、5號(hào)試樣正反兩面測(cè)試6點(diǎn)均無(wú)自潤(rùn)滑皮膜殘余；對(duì)于6號(hào)試樣，正面測(cè)試6點(diǎn)中有4點(diǎn)有殘余自潤(rùn)滑皮膜存在，殘余量在21mg/m2～43mg/m2，反面測(cè)試6點(diǎn)中有1點(diǎn)有殘余自潤(rùn)滑皮膜存在，殘余量為12mg/m2。自潤(rùn)滑膜厚越大，鋼板在車企前處理體系中越難去除，對(duì)于后續(xù)的磷化、涂裝等工藝更易造成影響。分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)自潤(rùn)滑膜厚分別為400 mg/m2及500mg/m2時(shí)，自潤(rùn)滑合金化板表面的自潤(rùn)滑皮膜在日系車企通用的前處理體系中，能夠得到完全去除；當(dāng)自潤(rùn)滑膜厚為600mg/m2時(shí)，自潤(rùn)滑合金化板的脫脂性能受到影響，自潤(rùn)滑皮膜未得到完全去除。

表2自潤(rùn)滑皮膜殘余量測(cè)試結(jié)果

單位：mg/m2

因此，為保證自潤(rùn)滑涂料涂覆于合金化板后，不影響鋼板的脫脂及后續(xù)的磷化、涂裝性能，應(yīng)將自潤(rùn)滑膜厚控制在≤500mg/m2的范圍。

3結(jié)論

(1)自潤(rùn)滑合金化板的性能受膜厚影響較大，隨著膜厚增大，自潤(rùn)滑合金化板的潤(rùn)滑性能增強(qiáng)，成形性能提高；當(dāng)膜厚增加到一定程度時(shí)，焊接性能變差，脫脂性能惡化；

(2)在本實(shí)驗(yàn)條件下，膜厚<300mg/m2時(shí)，成形性能改善的不明顯；膜厚>500mg/m2時(shí)，自潤(rùn)滑合金化板的焊接性能及脫脂性能變差；

(3)為保證自潤(rùn)滑合金化板的穩(wěn)定生產(chǎn)及優(yōu)良的綜合性能，生產(chǎn)時(shí)應(yīng)將自潤(rùn)滑膜厚控制在300mg/m2～500mg/m2。

參考文獻(xiàn)

[1]李麗琴,邱松年.新日鐵表面處理技術(shù)賦予鋼鐵新功能[J].濟(jì)鋼科技, 2005,12(5):60-63.

[2]韋行.日本JFE開(kāi)發(fā)出汽車用高潤(rùn)滑GA鋼板JAZ[J].上海金屬, 2009，(2):59.

[3]曹曙.NKK開(kāi)發(fā)出高潤(rùn)滑性合金化熱鍍鋅鋼板PZA-N[J].上海金屬,1999，(3):50-52.

[4]倪富榮.一步法無(wú)鉻自潤(rùn)滑電鍍鋅產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[J].上海金屬,2008,30(2):30-35.

[5]楊興亮,趙云龍,劉劼.一種鍍鋅鋼板用潤(rùn)滑涂料、自潤(rùn)滑鍍鋅鋼板及其生產(chǎn)方法[P].中國(guó),馬鞍山鋼鐵股份有限公司,CN 103102790A. 2013年5月15日.

[6]鈴木幸子.基礎(chǔ)樹脂的性能對(duì)自潤(rùn)滑鋼板沖壓成形性能的影響[J].表面技術(shù),1993，(8):667-669.

[7]N.Espallargas, L.Vitoux, The wear and lubrication performance of liquid-solid self-lubricated coatings[J]. Surface & Coatings Technology. 2013，(235):342-353.

(責(zé)任編輯：李文英)

Effect of Self-lubricated coating on Properties of Self-lubricated Galvannealed Steel Sheet

Du RongTu YuanqiangLei ZehongBai HuipingSong Yifeng

(Research and Development Center of WISCO, Wuhan 430080, Hubei)

Abstract:The lubricating property, formability, weldability and degreasing performance of the self-lubricated galvannealed steel sheet with different thickness of self-lubricated coatings were studied in this paper. The results showed that as thickness of self-lubricated coating increased, the lubricating property and formability of the self-lubricated galvannealed steel sheet was better, while the weldability and degreasing performance was worse. When the thickness of self-lubricated coating was less than 300mg/m2, the improvement of formability was not obvious. While it' s greater than 500mg/m2, the weldability and degreasing performance started to turn bad. The thickness of self-lubricated coating should be controlled in 300～500mg/m2 to ensure the properties of the self-lubricated steel sheet.

Key words:self-lubricated galvannealed steel sheet; thickness of self-lubricated coating; self-lubricated

中圖分類號(hào)：TG174.46

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-3524(2016)01-0015-03

作者簡(jiǎn)介：杜蓉(1987～)，女，碩士，工程師.E-mail：durong1018@wisco.com.cn

收稿日期：2016-01-19