CN106687571B - 硫酸盐的用途及通过在成型机中的成型制造钢构件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硫酸盐作为覆层物的用途，该覆层物在最小化的润滑剂需求下一方面实现扁钢制品成型中优化的摩擦学条件并且另一方面使其鉴于自身的作用而言对环境无害，硫酸盐来自群组“硫酸铝、硫酸铵、硫酸铁、硫酸镁”。由此能这样以该覆层物通过在成型机中成型扁钢制品而制造钢构件，即，制造扁钢制品，通过以来自“硫酸铝、硫酸铵、硫酸铁、硫酸镁”的群组的覆层物覆层，在扁钢制品的或为了成型而使用的成型机的在成型过程中接触的其中至少一个表面上制造摩擦学有效的层，将扁钢制品放入成型工具中并且将放入成型机中的扁钢制品成型为构件。

Description

硫酸盐的用途及通过在成型机中的成型制造钢构件的方法

技术领域

本发明涉及一种来自“硫酸铝、硫酸铵、硫酸铁、硫酸镁”的群组中的硫酸盐的用途。

同样地，本发明还涉及到一种用于通过在成型机中对扁钢制品进行成型而制造构件的方法。

背景技术

为了成型成构件，而将分别待成型的扁钢制品放入到成型机中并且随后由该机器成型成相应的构件。就此，该成型能够以冷成型的形式，即，在低于扁钢制品的相应钢材的重结晶温度的温度条件下的成型；或者以热成型的形式而实施，即，在高于该重结晶温度的工作温度条件下成型。

对于这类成型过程典型的例子是深冲成型，在深冲成型中待成型的扁钢制品借助于冲头而挤压到模具中。该模具的形状和冲头的形状就此确定了，该扁钢制品通过成型过程所得到的形状。

在每次成型过程中，在相应分别为了赋形而使用的成型工具与待成型的产品之间产生相对运动。同时，在产品的表面与该表面所对应的成型工具面之间产生了接触。就此在该工具与带成型的产品之间产生的摩擦系统通过待成型的产品的和工具的材料特性来确定以及通过在带成型的产品与工具之间所存在的介质来确定。由于在成型工具与接触该成型工具的待成型的产品之间的相对运动而产生了摩擦。

该摩擦特别是可能在扁钢制品的成型过程中局部上极其不同的，这是因为扁钢制品的材料在成型过程中不同程度地变形并且因此使得扁钢制品的材料在变形中局部上同样不同程度地蠕变。因此，恰恰是在通过深冲或类似的冷成型工序来制造复杂成型的构件的情况下(其中通常达到了极大的成型程度并且构成了复杂的形状)，存在其中可能交替产生静摩擦和滑动摩擦的、动态变化的摩擦状态。

特别在冷成型中出现的摩擦力能够如此地高，以至于这些摩擦力干扰到了成型过程的连续进行并且可能导致相应待成型的构件的错误成型。与此同时，不可避免地出现的摩擦引起了显著的工具磨损。

就此而言，这特别是对于在原本的扁钢制品上施加了基于锌基或铝基的、保护不受腐蚀或其他环境影响的保护层的扁钢制品而言是极其关键的。

为了减小在成型过程中通过摩擦而触发的负面影响，在实际中使得在成型过程中相互直接产生接触的表面覆有润滑剂。通过使用合适的覆层物能够保护成型工具并且由此明显提高工具使用寿命。就此，该润滑剂既能够施加到待成型的扁钢制品又能够施加到工具的与扁钢制品产生接触的表面上。

通常，使用到基于矿物油的润滑剂作为用于冷成型的润滑剂，为了优化其润滑作用而对这些润滑剂加入了不同的添加剂，例如含有硫的、含有磷的或者含有氯的添加剂。在成型技术中的摩擦学的细节说明能够在Prof.Dr.-Ing.Fritz Klocke,Prof.em.Dr.-Ing.Dr.h.c.mult.Wilfried的《Fertigungsverfahren》(制造方法)第五版，2006，Springer-Verlag Berlin Heidelberg中的纲要“成型”第四卷，第2.8章节中找到。

基于矿物油或者类似碳氢化合物的、用于冷成型的覆层物的实例在DE 101 15696 A1中描述。这些覆层物包含石蜡基或环烷基的润滑剂或者植物基或动物基的酯油。

在DE 10 2008 016 348 A1中另外已知为了涂覆到相应成型的扁钢制品而设置的基于矿物油中的石墨的润滑漆。该润滑漆应该在高加工温度条件下确保加工工具之间的金属的较好的滑动。

从DE 100 07 625 A1中已知基于碳酸酯的覆层物。这些覆层物包含一种或多种成分，这些成分从单磷酸或寡磷酸的单酯和/或多酯、甘油三酯和脂肪酸甲酯的群组中选择。这些成分尤其用作为矿物油的烃或其他石油馏出物的替代物。

在DE 699 06 555 T1中最后已知一种用于将由羟基硫酸锌盐组成的层施加到镀锌的钢板上的方法。该层作为溶液而涂覆到扁钢制品上，该溶液的pH值大于或等于12并小于13。该溶液通过表面的阳性的极化而涂覆到扁钢制品的镀锌表面上。这样制成的层由羟基硫酸锌盐(也称为“碱式硫酸锌”)组成。

发明内容

在该现有技术背景下，本发明的目的因此在于，提出一种覆层物，该覆层物在最小化的润滑剂需求条件下一方面实现了在扁钢制品的成型过程中优化的摩擦条件并且另一方面鉴于自身的作用对环境不会造成危害。

同样地，也应该提出一种方法，通过该方法能够以更高效果和最小化的环境负担而通过冷成型由扁钢制品来制造构件。

就覆层物方面，该目的通过权利要求1所说明的、将硫酸盐用作改善在成型机器中的成型过程中扁钢制品的摩擦性能的覆层物的用途而达到，其中该硫酸盐从“硫酸铝、硫酸铵、硫酸铁、硫酸镁”的群组中选择。

鉴于该方法方面前述目的的根据本发明的解决方案在于，在钢构件的制造过程中完成权利要求4中所说明的工作步骤。

本发明的有利的设计方案在从属权利要求中给出并且随后如同本发明的总体思想一样详细说明。

概念“扁钢制品”根据本发明的理解包含所有辊轧制品，这些辊轧制品的长度远大于自身的厚度。就此，包含了钢带和钢板以及由钢带及钢板得到的切割物和扁坯。

根据本发明待冷成型的扁钢制品特别包含了所谓的薄板材，即，具有小于4mm的、特别是0.4-3.5mm、通常0.5-3mm的厚度的板材，这些板材能够在冷轧或热轧的状态下成型为构件。DIN EN 10130(未覆层的薄板材)和DIN EN 10346(具有防腐蚀层的薄板材)给出了关于通常设置为用于冷成型的薄板材的这类扁钢制品的概览。示例性地就此包含具有材料编号1.0226、1.0350、1.0355、1.0306、1.0322、1.0853的用于成型的软钢。

令人意外地证实了，根据本发明作为用于扁钢制品的覆层物而提供的硫酸盐促使了对于在扁钢制品的成型过程中摩擦条件的显著改善。因此能够以根据本发明作为覆层物使用所选择的硫酸盐达到这样的润滑特性，该润滑特性等同于以前述的常规的润滑剂所达到的特性。该效果原则上不依赖于该成型是以热成型还是冷成型的形式实施的。根据本发明作为覆层物而使用的硫酸盐在对于扁钢制品进行冷成型的情况下证实为特别有效。

在此，根据本发明而作为覆层材料为了改善成型过程中的摩擦条件而使用的硫酸盐的特征在于好的环保性并且能够以简单的方式施加到相应的扁钢制品上。

由于自身的水溶性，根据本发明而使用的硫酸盐在变形后同样能够轻易地再从成型过程后相应得到的钢构件去除。在此，在钢构件上留下的覆层残留物总是不会影响到通常在成型后在钢构件的后续加工中所实施的工序。

作为根据本发明对于实际使用特别适合的硫酸盐覆层物具体包含来自“硫酸(三)铝、硫酸铵、硫酸(二)铁、硫酸(三)铁、硫酸镁”群组的硫酸盐。

最终，通过根据本发明而建议的使用来自“硫酸铝、硫酸铵、硫酸铁、硫酸镁”的硫酸盐而提供了具有理想的加工特性和使用特性的覆层物，该覆层物能够容易地以足够量并且低成本来提供。

根据本发明的通过在成型机器中对扁钢制品成型而制造钢构件的方法相应地包括以下工作步骤：

-提供扁钢制品；

-通过以来自“硫酸铝、硫酸铵、硫酸铁、硫酸镁”的群组的覆层物覆层，在扁钢制品的或为了成型而使用的成型机器中的在成型过程中接触的其中至少一个表面上制造摩擦学上有效的层；

-将扁钢制品放入成型工具中；

-将放入到成型机器中的扁钢制品成型为构件。

由于自身的容易施加的特性，在根据本发明类型的方法中提供的、根据本发明用作覆层物的硫酸盐适合于给相应的工具的表面覆层，待成型的扁钢制品在成型过程中与这些表面产生接触。因此将根据本发明使用的硫酸盐以水溶液的形式喷射地、涂刷地或以实际应用中为此目的而已知的其他方式施加在成型工具的相应关键的表面上。

证实为在本发明的大规模应用的情况下特别有利的是，使相应的扁钢制品在自身的制造过程中以覆层物覆层。在此，根据本发明使用的硫酸盐在扁钢制品的待覆层的表面上容易施加的特性以及好的附着性起到特别积极的作用。根据本发明建议用作润滑剂的硫酸盐也能以常规的覆层设施而施加在相应待成型的扁钢制品上，例如通常为了在这类扁钢制品上施加有机的或无机的覆层而使用的覆层设施。因此，相应的硫酸盐能够作为覆层物通过浸渍、喷射、涂敷或涂刷而施加到扁钢制品上。

根据本发明、作为覆层物为了改善在扁钢制品的变形过程中的摩擦状态而使用的硫酸盐的施加由此特别简单，即，这些硫酸盐良好地浸润待覆层的表面并且相应地形成均匀的覆层，为此无需特别的预先措施。特别是不需要对相应的水溶液进行特别的调温。而是能够在室温条件下施加含有根据本发明建议使用的硫酸盐的水溶液。

当硫酸盐以水溶液的形式来施加时，根据本发明作为覆层物而使用的硫酸盐的施加是特别简单的。在随后的干燥过程之后，在相应的扁钢制品上存在紧密的、均匀分布的、薄的硫酸盐层，该硫酸盐层确保了在成型过程期间、特别是冷成型过程期间优化的变形性能。

就此，已证实为了确保在相应的覆层过程中以根据本发明使用的覆层物来很好地覆盖分别待覆层的表面，不需要任何现有技术中例如为了调整出确定的pH值所需的添加剂。因此，证实了当该水溶液由两种成分组成时就已足够，其中一种成分是作为溶剂的水并且另一种成分是作为摩擦学有效的成分的相应的硫酸盐。如果就此作为溶剂而使用的是蒸馏水，则具有这样的好处，即，不会通过杂质离子而导致对覆层功能的干扰。

当在水溶液中摩擦学有效的硫酸盐成分的含量为0.2-1mol/l(相对于SO₄ ^2—离子浓度而言)时，则得到在扁钢制品或成型工具的相应待覆层的表面上的为了根据本发明的目的而足够厚且密的摩擦学有效的覆层，其中当根据本发明而设置的硫酸盐成分在水溶液中的含量为0.4-0.7mol/l(相对于SO₄ ^2—离子浓度而言)时，则在实际应用中更工艺可靠地得到很好地起作用的涂层。

以根据本发明的方式，也能够将根据本发明作为覆层物而设置的硫酸盐的混合物施加到扁钢制品上。

为了在工作条件下确保为了根据本发明的用途而提供的硫酸盐覆层物的可靠的作用，能够以5-50mg/m²的涂布量来涂覆由相应的覆层物而在扁钢制品上或者在成型工件的待覆层的表面上形成的层。就此，当涂布量为10-30mg/m²时，则调整出理想的作用。

为了确保根据本发明为了使用而设置的覆层物在相应的表面上的理想的附着，能够在施加覆层物之前碱性地清洁相应的表面。

通过根据本发明为了改善摩擦学特性而设置的硫酸盐的施加，显著地改善了相应涂覆的表面的摩擦系数。因此，通过由根据本发明建议使用的硫酸盐形成的层，通常将相应覆层的表面的摩擦系数减少到≤0.15。

当扁钢制品为了防腐蚀、特别是通过热浸覆层而以基于锌的保护层覆层时，特别调整出该成果。基于Zn的覆层在此能够以传统的方式以纯锌层的方式、以含有Mg、Al或Si的锌合金层的形式例如电解地或通过热浸镀层而施加到相应的钢基上。还可能的是，以根据本发明的方式以基于Al的涂料对扁钢制品覆层，以便于改善在冷成型或热成型过程中这些扁钢制品的成型性能。

不必担心传统材料对此的任何缺陷，例如可能有害环境的成分、用于施加的复杂方法以及类似缺陷，通过根据本发明选择的覆层物形成的这些覆层由此实现了这样的摩擦特性，即，这些摩擦特性可靠地与由传统的、为了改善摩擦学特性而通常使用的物质所组成的覆层的摩擦特性相应。

附图说明

在下文中，参照多个实施例进一步说明本发明。其中：

图1示出了一个图表，在该图表中描绘出条带拉拔试验期间、以硫酸铵层覆层的镀锌薄板材表面的摩擦系数随着相应的表面压力的变化；

图2示出了一个图表，在该图表中描绘出在条带拉拔试验期间未处理的镀锌薄板材表面的摩擦系数随着相应的表面压力的变化；

图3示出了一个图表，在该图表中描绘出在条带拉拔试验期间以硫酸二铁层覆层的镀锌薄板材表面的摩擦系数随着相应的表面压力的变化；

图4示出了一个图表，在该图表中描绘出在条带拉拔试验期间以硫酸铝层覆层的镀锌薄板材表面的摩擦系数随着相应的表面压力的变化。

具体实施方式

在附图中示出的摩擦系数的走向是在条带拉拔试验中得出的，该条带拉拔试验例如在Fritz Klocke和Wilfried所著的《Fertigungsverfahren 4》(制造方法4)Springer-Verlag Berlin Heidelberg,2006(ISBN-13 978-3-540-23650-4)的概要的第5版，第4卷的章节2.8.7.4中说明。

试验1

在以设有Zn覆层的薄板材带的形式存在的常规的扁钢制品上涂覆摩擦学有效的硫酸铵层。

为此，制造一种水溶液，其中将90g的硫酸铵((NH₄)₂SO₄)溶解到1L的水(经蒸馏的)中，从而使水溶液的硫酸铵含量为90g/l。所得到的溶液的原始pH值为5.3。

将这样得到的水溶液在室温下借助于在工业中常见的所谓的“Chemcoater”而施加在事先碱性清洁过的扁钢制品薄板材上。

“Chemcoater”是在钢工业中为了涂覆化学的、以水溶液形式而待施加的物质到镀锌的优质扁钢上而使用的设备部件。特别是将这种涂布机用于涂覆水溶性的、为了后续的涂漆或箔覆层或者为了改善防腐蚀保护而用于对相应的扁钢制品进行预处理的介质。就此，能够将不同的处理化学制剂通过辊而施加到相应待覆层的扁钢制品上。随后，使以覆层覆盖的扁钢制品穿过炉子，在该炉子中进行覆层的干燥。

在硫酸铵溶液的涂覆过程中所调整出的参数在表格1中给出。

为了确定出随着表面压力、摩擦系数的对于在冷成型机器的冷成型工具(冲模/阴模)中的冷成型(深冲)过程中的性能而言重要的变化，将这样得到的、以硫酸铵层覆盖的并且额外地通过常规的油以1.5g/m²的涂布量而涂油的扁钢制品的样本经过条带拉拔试验，其中该油涉及到的是常规的以PL 3802-39S的名称而销售的不含钡的、触变性的具有好成型性能的防腐蚀剂。在该试验中将样本于室温下放置在两个未覆层的、由材料编号为1.2379的钢组成的制动块之间，该制动块以最高100MPa的表面压力作用于样本。在60mm/min的试验速度下的测量距离为500mm/min。在工具和样本表面之间的接触面积为600m²。该试验的结果在图1中绘出。

为了对比，在与上述检测的样本一样的相同条件下将相同的扁钢制品的未处理的样本同样进行带条拉拔试验。就此得出的摩擦系数随着表面压力的变化曲线在图2中示出。就此示出的曲线显示出，未处理的样本的基底表面在非常早期时就已经显示出所谓的“滑动粘附效应”。在图2中示出的曲线中断，这是因为为了避免对工具的损坏而中断了该试验。滑动粘附效应涉及到的是一种粘附滑动(Haftgleitung)的现象。这种现象发生在当静摩擦力大于滑动摩擦力时。阻尼耦合的表面部分实施非常快速的一系列的粘附、夹紧、分离和滑离。一旦摩擦对象通过润滑剂而分开，该效应就消失。如图2与图1的对比或者下文描述的图3和4证实的那样，相应根据本发明而选择的硫酸盐证实为，在此特别有效的。

试验2

在同样以设有Zn层的薄板材带的形式而存在的常规的扁钢制品上涂覆摩擦学有效的硫酸二铁层。

为此，将189g的硫酸二铁(FeSO₄)溶解在1L的完全脱矿物质的水中，从而使水溶液的硫酸铁含量为189g/l。所得到的溶液的原始pH值为2.2。

水溶液像是试验1中一样在室温下借助于上文已经描述的涂布机而施加到事先经碱性清洁的扁钢制品上。这些应用参数同样在表格1中给出。

这样得到的、覆盖有硫酸二铁层的扁钢制品的样本在前文已经描述的条件下同样地经历条带拉拔试验。该试验的成果在图3中示出。已显示出，如试验1中检验的硫酸铵层那样，硫酸二铁层同样在更高的表面压力的情况下可靠地达到了小于0.15的摩擦系数。

试验3

在同样以设有Zn层的薄板材带的形式而存在的常规的扁钢制品上，涂覆摩擦学有效的硫酸铝层。

为此将240g的硫酸铝(Al₂(SO₄)₃)溶解在1L的蒸馏水中，从而使水溶液的硫酸铝含量为240g/l。所得到的溶液的原始pH值为2.1。

该水溶液也就此情况下在室温下借助于上文已经描述的涂布机而施加到事先经碱性清洁的扁钢制品上。这些应用参数同样在表格1中给出。就此，“浸渍辊和涂布辊的设置”的说明表示出了浸渍辊与涂布辊之间所存在的挤压间隙比所处理的扁钢制品的厚度小出的量。与此同时以“PMT”表示出所谓的“Peak Metal Temperatur(金属峰值温度)”。

这样得到的、覆盖有硫酸铝层的扁钢制品的样本经历条带拉拔试验。该试验的成果在图4中示出。已显示出，如试验1中检验的硫酸铵层以及在试验2中所检验的硫酸二铁层那样，硫酸铝层同样在更高的表面压力的情况下可靠地达到了小于0.15的摩擦系数。

由根据本发明建议使用的硫酸盐组成的摩擦学有效的层因此达到了与常规的、例如由ZnSO₄组成的层一样的相同效应。

Claims (11)

1.一种硫酸盐的用途，所述硫酸盐从“Al₂(SO₄)₃、(NH₄)₂SO₄、FeSO₄、Fe₂(SO₄)₃、MgSO₄”的群组中选择，所述硫酸盐以覆层物的形式而用于改善扁钢制品在成型机器中的成型过程中的摩擦学性能，其中，所述覆层物以水溶液的形式施加，所述水溶液由两种成分组成，其中一种成分是作为溶剂的水并且另一种成分是作为摩擦学有效的组成成分的、相应的硫酸盐。

2.根据前述权利要求中的任意一项所述的用途，其特征在于，由覆层物制成的层是水溶性的。

3.一种通过在成型机器中对扁钢制品成型而制造钢构件的方法，所述方法包括以下加工步骤：

-提供扁钢制品，

-通过以来自“Al₂(SO₄)₃、(NH₄)₂SO₄、FeSO₄、Fe₂(SO₄)₃、MgSO₄”的群组的覆层物覆层，在扁钢制品的或为了成型而使用的成型机器的在成型过程中接触的其中至少一个表面上生成摩擦学有效的层，其中，所述覆层物以水溶液的形式施加，所述水溶液由两种成分组成，其中一种成分是作为溶剂的水并且另一种成分是作为摩擦学有效的组成成分的、相应的硫酸盐，

-将扁钢制品放入成型工具中；

-将放入到成型机器中的扁钢制品成型为构件。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述成型以冷成型的方式实施。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在扁钢制品上生成所述摩擦学有效的层。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述溶剂是蒸馏水。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述摩擦学有效的组成成分在所述水溶液中的含量为0.2-1mol/l(相对于SO₄ ^2—的离子浓度而言)。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在扁钢制品上生成的摩擦学有效的层的硫的比例为5-50mg/m²。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扁钢制品的摩擦系数在以摩擦学有效的层来覆层之后最大为0.15。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扁钢制品以防腐蚀层覆层并且将摩擦学有效的层施加在所述防腐蚀层上。

11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在环境温度条件下施加摩擦学有效的层。