本發(fā)明涉及一種來自“硫酸鋁、硫酸銨、硫酸鐵、硫酸鎂”的群組中的硫酸鹽的用途。

同樣地，本發(fā)明還涉及到一種用于通過在成型機(jī)中對扁鋼制品進(jìn)行成型而制造構(gòu)件的方法。

背景技術(shù)：

為了成型成構(gòu)件，而將分別待成型的扁鋼制品放入到成型機(jī)中并且隨后由該機(jī)器成型成相應(yīng)的構(gòu)件。就此，該成型能夠以冷成型的形式，即，在低于扁鋼制品的相應(yīng)鋼材的重結(jié)晶溫度的溫度條件下的成型；或者以熱成型的形式而實施，即，在高于該重結(jié)晶溫度的工作溫度條件下成型。

對于這類成型過程典型的例子是深沖成型，在深沖成型中待成型的扁鋼制品借助于沖頭而擠壓到模具中。該模具的形狀和沖頭的形狀就此確定了，該扁鋼制品通過成型過程所得到的形狀。

在每次成型過程中，在相應(yīng)分別為了賦形而使用的成型工具與待成型的產(chǎn)品之間產(chǎn)生相對運動。同時，在產(chǎn)品的表面與該表面所對應(yīng)的成型工具面之間產(chǎn)生了接觸。就此在該工具與帶成型的產(chǎn)品之間產(chǎn)生的摩擦系統(tǒng)通過待成型的產(chǎn)品的和工具的材料特性來確定以及通過在帶成型的產(chǎn)品與工具之間所存在的介質(zhì)來確定。由于在成型工具與接觸該成型工具的待成型的產(chǎn)品之間的相對運動而產(chǎn)生了摩擦。

該摩擦特別是可能在扁鋼制品的成型過程中局部上極其不同的，這是因為扁鋼制品的材料在成型過程中不同程度地變形并且因此使得扁鋼制品的材料在變形中局部上同樣不同程度地蠕變。因此，恰恰是在通過深沖或類似的冷成型工序來制造復(fù)雜成型的構(gòu)件的情況下(其中通常達(dá)到了極大的成型程度并且構(gòu)成了復(fù)雜的形狀)，存在其中可能交替產(chǎn)生靜摩擦和滑動摩擦的、動態(tài)變化的摩擦狀態(tài)。

特別在冷成型中出現(xiàn)的摩擦力能夠如此地高，以至于這些摩擦力干擾到了成型過程的連續(xù)進(jìn)行并且可能導(dǎo)致相應(yīng)待成型的構(gòu)件的錯誤成型。與此同時，不可避免地出現(xiàn)的摩擦引起了顯著的工具磨損。

就此而言，這特別是對于在原本的扁鋼制品上施加了基于鋅基或鋁基的、保護(hù)不受腐蝕或其他環(huán)境影響的保護(hù)層的扁鋼制品而言是極其關(guān)鍵的。

為了減小在成型過程中通過摩擦而觸發(fā)的負(fù)面影響，在實際中使得在成型過程中相互直接產(chǎn)生接觸的表面覆有潤滑劑。通過使用合適的覆層物能夠保護(hù)成型工具并且由此明顯提高工具使用壽命。就此，該潤滑劑既能夠施加到待成型的扁鋼制品又能夠施加到工具的與扁鋼制品產(chǎn)生接觸的表面上。

通常，使用到基于礦物油的潤滑劑作為用于冷成型的潤滑劑，為了優(yōu)化其潤滑作用而對這些潤滑劑加入了不同的添加劑，例如含有硫的、含有磷的或者含有氯的添加劑。在成型技術(shù)中的摩擦學(xué)的細(xì)節(jié)說明能夠在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中的綱要“成型”第四卷，第2.8章節(jié)中找到。

基于礦物油或者類似碳?xì)浠衔锏摹⒂糜诶涑尚偷母矊游锏膶嵗贒E 101 15 696 A1中描述。這些覆層物包含石蠟基或環(huán)烷基的潤滑劑或者植物基或動物基的酯油。

在DE 10 2008 016 348 A1中另外已知為了涂覆到相應(yīng)成型的扁鋼制品而設(shè)置的基于礦物油中的石墨的潤滑漆。該潤滑漆應(yīng)該在高加工溫度條件下確保加工工具之間的金屬的較好的滑動。

從DE 100 07 625 A1中已知基于碳酸酯的覆層物。這些覆層物包含一種或多種成分，這些成分從單磷酸或寡磷酸的單酯和/或多酯、甘油三酯和脂肪酸甲酯的群組中選擇。這些成分尤其用作為礦物油的烴或其他石油餾出物的替代物。

在DE 699 06 555 T1中最后已知一種用于將由羥基硫酸鋅鹽組成的層施加到鍍鋅的鋼板上的方法。該層作為溶液而涂覆到扁鋼制品上，該溶液的pH值大于或等于12并小于13。該溶液通過表面的陽性的極化而涂覆到扁鋼制品的鍍鋅表面上。這樣制成的層由羥基硫酸鋅鹽(也稱為“堿式硫酸鋅”)組成。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在該現(xiàn)有技術(shù)背景下，本發(fā)明的目的因此在于，提出一種覆層物，該覆層物在最小化的潤滑劑需求條件下一方面實現(xiàn)了在扁鋼制品的成型過程中優(yōu)化的摩擦條件并且另一方面鑒于自身的作用對環(huán)境不會造成危害。

同樣地，也應(yīng)該提出一種方法，通過該方法能夠以更高效果和最小化的環(huán)境負(fù)擔(dān)而通過冷成型由扁鋼制品來制造構(gòu)件。

就覆層物方面，該目的通過權(quán)利要求1所說明的、將硫酸鹽用作改善在成型機(jī)器中的成型過程中扁鋼制品的摩擦性能的覆層物的用途而達(dá)到，其中該硫酸鹽從“硫酸鋁、硫酸銨、硫酸鐵、硫酸鎂”的群組中選擇。

鑒于該方法方面前述目的的根據(jù)本發(fā)明的解決方案在于，在鋼構(gòu)件的制造過程中完成權(quán)利要求4中所說明的工作步驟。

本發(fā)明的有利的設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求中給出并且隨后如同本發(fā)明的總體思想一樣詳細(xì)說明。

概念“扁鋼制品”根據(jù)本發(fā)明的理解包含所有輥軋制品，這些輥軋制品的長度遠(yuǎn)大于自身的厚度。就此，包含了鋼帶和鋼板以及由鋼帶及鋼板得到的切割物和扁坯。

根據(jù)本發(fā)明待冷成型的扁鋼制品特別包含了所謂的薄板材，即，具有小于4mm的、特別是0.4-3.5mm、通常0.5-3mm的厚度的板材，這些板材能夠在冷軋或熱軋的狀態(tài)下成型為構(gòu)件。DIN EN 10130(未覆層的薄板材)和DIN EN 10346(具有防腐蝕層的薄板材)給出了關(guān)于通常設(shè)置為用于冷成型的薄板材的這類扁鋼制品的概覽。示例性地就此包含具有材料編號1.0226、1.0350、1.0355、1.0306、1.0322、1.0853的用于成型的軟鋼。

令人意外地證實了，根據(jù)本發(fā)明作為用于扁鋼制品的覆層物而提供的硫酸鹽促使了對于在扁鋼制品的成型過程中摩擦條件的顯著改善。因此能夠以根據(jù)本發(fā)明作為覆層物使用所選擇的硫酸鹽達(dá)到這樣的潤滑特性，該潤滑特性等同于以前述的常規(guī)的潤滑劑所達(dá)到的特性。該效果原則上不依賴于該成型是以熱成型還是冷成型的形式實施的。根據(jù)本發(fā)明作為覆層物而使用的硫酸鹽在對于扁鋼制品進(jìn)行冷成型的情況下證實為特別有效。

在此，根據(jù)本發(fā)明而作為覆層材料為了改善成型過程中的摩擦條件而使用的硫酸鹽的特征在于好的環(huán)保性并且能夠以簡單的方式施加到相應(yīng)的扁鋼制品上。

由于自身的水溶性，根據(jù)本發(fā)明而使用的硫酸鹽在變形后同樣能夠輕易地再從成型過程后相應(yīng)得到的鋼構(gòu)件去除。在此，在鋼構(gòu)件上留下的覆層殘留物總是不會影響到通常在成型后在鋼構(gòu)件的后續(xù)加工中所實施的工序。

作為根據(jù)本發(fā)明對于實際使用特別適合的硫酸鹽覆層物具體包含來自“硫酸(三)鋁、硫酸銨、硫酸(二)鐵、硫酸(三)鐵、硫酸鎂”群組的硫酸鹽。

最終，通過根據(jù)本發(fā)明而建議的使用來自“硫酸鋁、硫酸銨、硫酸鐵、硫酸鎂”的硫酸鹽而提供了具有理想的加工特性和使用特性的覆層物，該覆層物能夠容易地以足夠量并且低成本來提供。

根據(jù)本發(fā)明的通過在成型機(jī)器中對扁鋼制品成型而制造鋼構(gòu)件的方法相應(yīng)地包括以下工作步驟：

-提供扁鋼制品；

-通過以來自“硫酸鋁、硫酸銨、硫酸鐵、硫酸鎂”的群組的覆層物覆層，在扁鋼制品的或為了成型而使用的成型機(jī)器中的在成型過程中接觸的其中至少一個表面上制造摩擦學(xué)上有效的層；

-將扁鋼制品放入成型工具中；

-將放入到成型機(jī)器中的扁鋼制品成型為構(gòu)件。

由于自身的容易施加的特性，在根據(jù)本發(fā)明類型的方法中提供的、根據(jù)本發(fā)明用作覆層物的硫酸鹽適合于給相應(yīng)的工具的表面覆層，待成型的扁鋼制品在成型過程中與這些表面產(chǎn)生接觸。因此將根據(jù)本發(fā)明使用的硫酸鹽以水溶液的形式噴射地、涂刷地或以實際應(yīng)用中為此目的而已知的其他方式施加在成型工具的相應(yīng)關(guān)鍵的表面上。

證實為在本發(fā)明的大規(guī)模應(yīng)用的情況下特別有利的是，使相應(yīng)的扁鋼制品在自身的制造過程中以覆層物覆層。在此，根據(jù)本發(fā)明使用的硫酸鹽在扁鋼制品的待覆層的表面上容易施加的特性以及好的附著性起到特別積極的作用。根據(jù)本發(fā)明建議用作潤滑劑的硫酸鹽也能以常規(guī)的覆層設(shè)施而施加在相應(yīng)待成型的扁鋼制品上，例如通常為了在這類扁鋼制品上施加有機(jī)的或無機(jī)的覆層而使用的覆層設(shè)施。因此，相應(yīng)的硫酸鹽能夠作為覆層物通過浸漬、噴射、涂敷或涂刷而施加到扁鋼制品上。

根據(jù)本發(fā)明、作為覆層物為了改善在扁鋼制品的變形過程中的摩擦狀態(tài)而使用的硫酸鹽的施加由此特別簡單，即，這些硫酸鹽良好地浸潤待覆層的表面并且相應(yīng)地形成均勻的覆層，為此無需特別的預(yù)先措施。特別是不需要對相應(yīng)的水溶液進(jìn)行特別的調(diào)溫。而是能夠在室溫條件下施加含有根據(jù)本發(fā)明建議使用的硫酸鹽的水溶液。

當(dāng)硫酸鹽以水溶液的形式來施加時，根據(jù)本發(fā)明作為覆層物而使用的硫酸鹽的施加是特別簡單的。在隨后的干燥過程之后，在相應(yīng)的扁鋼制品上存在緊密的、均勻分布的、薄的硫酸鹽層，該硫酸鹽層確保了在成型過程期間、特別是冷成型過程期間優(yōu)化的變形性能。

就此，已證實為了確保在相應(yīng)的覆層過程中以根據(jù)本發(fā)明使用的覆層物來很好地覆蓋分別待覆層的表面，不需要任何現(xiàn)有技術(shù)中例如為了調(diào)整出確定的pH值所需的添加劑。因此，證實了當(dāng)該水溶液由兩種成分組成時就已足夠，其中一種成分是作為溶劑的水并且另一種成分是作為摩擦學(xué)有效的成分的相應(yīng)的硫酸鹽。如果就此作為溶劑而使用的是蒸餾水，則具有這樣的好處，即，不會通過雜質(zhì)離子而導(dǎo)致對覆層功能的干擾。

當(dāng)在水溶液中摩擦學(xué)有效的硫酸鹽成分的含量為0.2-1mol/l(相對于SO₄^2—離子濃度而言)時，則得到在扁鋼制品或成型工具的相應(yīng)待覆層的表面上的為了根據(jù)本發(fā)明的目的而足夠厚且密的摩擦學(xué)有效的覆層，其中當(dāng)根據(jù)本發(fā)明而設(shè)置的硫酸鹽成分在水溶液中的含量為0.4-0.7mol/l(相對于SO₄^2—離子濃度而言)時，則在實際應(yīng)用中更工藝可靠地得到很好地起作用的涂層。

以根據(jù)本發(fā)明的方式，也能夠?qū)⒏鶕?jù)本發(fā)明作為覆層物而設(shè)置的硫酸鹽的混合物施加到扁鋼制品上。

為了在工作條件下確保為了根據(jù)本發(fā)明的用途而提供的硫酸鹽覆層物的可靠的作用，能夠以5-50mg/m²的涂布量來涂覆由相應(yīng)的覆層物而在扁鋼制品上或者在成型工件的待覆層的表面上形成的層。就此，當(dāng)涂布量為10-30mg/m²時，則調(diào)整出理想的作用。

為了確保根據(jù)本發(fā)明為了使用而設(shè)置的覆層物在相應(yīng)的表面上的理想的附著，能夠在施加覆層物之前堿性地清潔相應(yīng)的表面。

通過根據(jù)本發(fā)明為了改善摩擦學(xué)特性而設(shè)置的硫酸鹽的施加，顯著地改善了相應(yīng)涂覆的表面的摩擦系數(shù)。因此，通過由根據(jù)本發(fā)明建議使用的硫酸鹽形成的層，通常將相應(yīng)覆層的表面的摩擦系數(shù)減少到≤0.15。

當(dāng)扁鋼制品為了防腐蝕、特別是通過熱浸覆層而以基于鋅的保護(hù)層覆層時，特別調(diào)整出該成果。基于Zn的覆層在此能夠以傳統(tǒng)的方式以純鋅層的方式、以含有Mg、Al或Si的鋅合金層的形式例如電解地或通過熱浸鍍層而施加到相應(yīng)的鋼基上。還可能的是，以根據(jù)本發(fā)明的方式以基于Al的涂料對扁鋼制品覆層，以便于改善在冷成型或熱成型過程中這些扁鋼制品的成型性能。

不必?fù)?dān)心傳統(tǒng)材料對此的任何缺陷，例如可能有害環(huán)境的成分、用于施加的復(fù)雜方法以及類似缺陷，通過根據(jù)本發(fā)明選擇的覆層物形成的這些覆層由此實現(xiàn)了這樣的摩擦特性，即，這些摩擦特性可靠地與由傳統(tǒng)的、為了改善摩擦學(xué)特性而通常使用的物質(zhì)所組成的覆層的摩擦特性相應(yīng)。

附圖說明

在下文中，參照多個實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。其中：

圖1示出了一個圖表，在該圖表中描繪出條帶拉拔試驗期間、以硫酸銨層覆層的鍍鋅薄板材表面的摩擦系數(shù)隨著相應(yīng)的表面壓力的變化；

圖2示出了一個圖表，在該圖表中描繪出在條帶拉拔試驗期間未處理的鍍鋅薄板材表面的摩擦系數(shù)隨著相應(yīng)的表面壓力的變化；

圖3示出了一個圖表，在該圖表中描繪出在條帶拉拔試驗期間以硫酸二鐵層覆層的鍍鋅薄板材表面的摩擦系數(shù)隨著相應(yīng)的表面壓力的變化；

圖4示出了一個圖表，在該圖表中描繪出在條帶拉拔試驗期間以硫酸鋁層覆層的鍍鋅薄板材表面的摩擦系數(shù)隨著相應(yīng)的表面壓力的變化。

具體實施方式

在附圖中示出的摩擦系數(shù)的走向是在條帶拉拔試驗中得出的，該條帶拉拔試驗例如在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卷的章節(jié)2.8.7.4中說明。

試驗1

在以設(shè)有Zn覆層的薄板材帶的形式存在的常規(guī)的扁鋼制品上涂覆摩擦學(xué)有效的硫酸銨層。

為此，制造一種水溶液，其中將90g的硫酸銨((NH₄)₂SO₄)溶解到1L的水(經(jīng)蒸餾的)中，從而使水溶液的硫酸銨含量為90g/l。所得到的溶液的原始pH值為5.3。

將這樣得到的水溶液在室溫下借助于在工業(yè)中常見的所謂的“Chemcoater”而施加在事先堿性清潔過的扁鋼制品薄板材上。

“Chemcoater”是在鋼工業(yè)中為了涂覆化學(xué)的、以水溶液形式而待施加的物質(zhì)到鍍鋅的優(yōu)質(zhì)扁鋼上而使用的設(shè)備部件。特別是將這種涂布機(jī)用于涂覆水溶性的、為了后續(xù)的涂漆或箔覆層或者為了改善防腐蝕保護(hù)而用于對相應(yīng)的扁鋼制品進(jìn)行預(yù)處理的介質(zhì)。就此，能夠?qū)⒉煌奶幚砘瘜W(xué)制劑通過輥而施加到相應(yīng)待覆層的扁鋼制品上。隨后，使以覆層覆蓋的扁鋼制品穿過爐子，在該爐子中進(jìn)行覆層的干燥。

在硫酸銨溶液的涂覆過程中所調(diào)整出的參數(shù)在表格1中給出。

為了確定出隨著表面壓力、摩擦系數(shù)的對于在冷成型機(jī)器的冷成型工具(沖模/陰模)中的冷成型(深沖)過程中的性能而言重要的變化，將這樣得到的、以硫酸銨層覆蓋的并且額外地通過常規(guī)的油以1.5g/m²的涂布量而涂油的扁鋼制品的樣本經(jīng)過條帶拉拔試驗，其中該油涉及到的是常規(guī)的以PL 3802-39S的名稱而銷售的不含鋇的、觸變性的具有好成型性能的防腐蝕劑。在該試驗中將樣本于室溫下放置在兩個未覆層的、由材料編號為1.2379的鋼組成的制動塊之間，該制動塊以最高100MPa的表面壓力作用于樣本。在60mm/min的試驗速度下的測量距離為500mm/min。在工具和樣本表面之間的接觸面積為600m²。該試驗的結(jié)果在圖1中繪出。

為了對比，在與上述檢測的樣本一樣的相同條件下將相同的扁鋼制品的未處理的樣本同樣進(jìn)行帶條拉拔試驗。就此得出的摩擦系數(shù)隨著表面壓力的變化曲線在圖2中示出。就此示出的曲線顯示出，未處理的樣本的基底表面在非常早期時就已經(jīng)顯示出所謂的“滑動粘附效應(yīng)”。在圖2中示出的曲線中斷，這是因為為了避免對工具的損壞而中斷了該試驗?；瑒诱掣叫?yīng)涉及到的是一種粘附滑動(Haftgleitung)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象發(fā)生在當(dāng)靜摩擦力大于滑動摩擦力時。阻尼耦合的表面部分實施非常快速的一系列的粘附、夾緊、分離和滑離。一旦摩擦對象通過潤滑劑而分開，該效應(yīng)就消失。如圖2與圖1的對比或者下文描述的圖3和4證實的那樣，相應(yīng)根據(jù)本發(fā)明而選擇的硫酸鹽證實為，在此特別有效的。

試驗2

在同樣以設(shè)有Zn層的薄板材帶的形式而存在的常規(guī)的扁鋼制品上涂覆摩擦學(xué)有效的硫酸二鐵層。

為此，將189g的硫酸二鐵(FeSO₄)溶解在1L的完全脫礦物質(zhì)的水中，從而使水溶液的硫酸鐵含量為189g/l。所得到的溶液的原始pH值為2.2。

水溶液像是試驗1中一樣在室溫下借助于上文已經(jīng)描述的涂布機(jī)而施加到事先經(jīng)堿性清潔的扁鋼制品上。這些應(yīng)用參數(shù)同樣在表格1中給出。

這樣得到的、覆蓋有硫酸二鐵層的扁鋼制品的樣本在前文已經(jīng)描述的條件下同樣地經(jīng)歷條帶拉拔試驗。該試驗的成果在圖3中示出。已顯示出，如試驗1中檢驗的硫酸銨層那樣，硫酸二鐵層同樣在更高的表面壓力的情況下可靠地達(dá)到了小于0.15的摩擦系數(shù)。

試驗3

在同樣以設(shè)有Zn層的薄板材帶的形式而存在的常規(guī)的扁鋼制品上，涂覆摩擦學(xué)有效的硫酸鋁層。

為此將240g的硫酸鋁(Al₂(SO₄)₃)溶解在1L的蒸餾水中，從而使水溶液的硫酸鋁含量為240g/l。所得到的溶液的原始pH值為2.1。

該水溶液也就此情況下在室溫下借助于上文已經(jīng)描述的涂布機(jī)而施加到事先經(jīng)堿性清潔的扁鋼制品上。這些應(yīng)用參數(shù)同樣在表格1中給出。就此，“浸漬輥和涂布輥的設(shè)置”的說明表示出了浸漬輥與涂布輥之間所存在的擠壓間隙比所處理的扁鋼制品的厚度小出的量。與此同時以“PMT”表示出所謂的“Peak Metal Temperatur(金屬峰值溫度)”。

這樣得到的、覆蓋有硫酸鋁層的扁鋼制品的樣本經(jīng)歷條帶拉拔試驗。該試驗的成果在圖4中示出。已顯示出，如試驗1中檢驗的硫酸銨層以及在試驗2中所檢驗的硫酸二鐵層那樣，硫酸鋁層同樣在更高的表面壓力的情況下可靠地達(dá)到了小于0.15的摩擦系數(shù)。

由根據(jù)本發(fā)明建議使用的硫酸鹽組成的摩擦學(xué)有效的層因此達(dá)到了與常規(guī)的、例如由ZnSO₄組成的層一樣的相同效應(yīng)。