EP3134497B1 - Blech und verfahren zur verbesserung der umformbarkeit eines blechs - Google Patents

Blech und verfahren zur verbesserung der umformbarkeit eines blechs Download PDF

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EP3134497B1
EP3134497B1 EP15719678.3A EP15719678A EP3134497B1 EP 3134497 B1 EP3134497 B1 EP 3134497B1 EP 15719678 A EP15719678 A EP 15719678A EP 3134497 B1 EP3134497 B1 EP 3134497B1
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EP
European Patent Office
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metal sheet
polyvinyl alcohol
coating
sheet
aqueous solution
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EP15719678.3A
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Ronald Fluch
Bernhard Strauss
Andreas Muhr
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Voestalpine Stahl GmbH
Original Assignee
Voestalpine Stahl GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M173/00—Lubricating compositions containing more than 10% water
    • C10M173/02—Lubricating compositions containing more than 10% water not containing mineral or fatty oils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/201—Work-pieces; preparation of the work-pieces, e.g. lubricating, coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2209/02—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M2209/04—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing monomers having an unsaturated radical bound to an alcohol or ester thereof; bound to an aldehyde, ketonic, ether, ketal or acetal radical
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/24—Metal working without essential removal of material, e.g. forming, gorging, drawing, pressing, stamping, rolling or extruding; Punching metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/244—Metal working of specific metals
    • C10N2040/246—Iron or steel

Definitions

  • the invention relates to a sheet and a method for improving the formability of a sheet, in which prior to forming the sheet, an aqueous solution with polyvinyl alcohol is applied to the sheet and then dried and in a subsequent step, the coated sheet surface is oiled.
  • this forming aid discloses the DE69906555T2 to treat the sheet with an aqueous solution containing zinc and sulfate ions before applying the oil film. Subsequently, the applied solution is dried, which produces a layer with a basis zinchydroxysulfate on the sheet, which layer unfolds a lubricating effect during forming together with an overlying oil film and thus improves the tribological properties of the sheet.
  • This forming aid is relatively difficult to remove from the sheet and thus adverse effects in subsequent processing steps of the sheet are unavoidable. In addition, such forming aids show adverse effects during welding as well as during the bonding of a formed sheet.
  • the invention has therefore, starting from the above-described prior art, the task of providing a method for improving the formability of a sheet, which can easily, easily and reproducibly produce a uniform coating.
  • this coating should be easily removable for subsequent process steps.
  • the invention achieves this object by applying and drying an aqueous solution comprising polyvinyl alcohol, optionally a defoamer, optionally a tracer and the remainder of water, as well as unavoidable production-related impurities, to the sheet.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the handling of the process can be further simplified if the solution optionally has a defoamer, preferably n-octanol.
  • a hydrophobization of the surface of the sheet can be made possible by adding n-octanol in order to increase the corrosion resistance.
  • this composition may also have a tracer in order to be able to easily recognize the coating according to the invention on the metal sheet, for example by metrological means.
  • a tensile pressure forming preferably a deep drawing or drawing and deep drawing
  • a thixotropic oil can be distinguished for oiling.
  • substances or chemical elements used to detect the presence of certain components and / or their amounts commonly referred to as "tracers”. These substances can, for example, emit fluorescence radiation when irradiated with visible light or with ultraviolet radiation and are known for various technical fields of use.
  • the composition can have impurities with in each case not more than 0.05% by weight and not more than 1% by weight in total.
  • polyvinyl alcohol and steel materials can form a particularly strong cohesive connection with a uniform layer thickness.
  • the method according to the invention can be distinguished in the case of a protective-coated sheet, if the aqueous solution is applied to the protective coating with polyvinyl alcohol and dried.
  • this compound forms a particularly stable compound with uniform surface distribution with polyvinyl alcohol, which can ensure complete wetting of the sheet surface with oil.
  • the method can thus reproducibly produce sheets with relatively high tribological properties.
  • High layer thicknesses can be reliably produced if the solution has polyvinyl alcohol up to the solubility limit in water. Among other things, this can avoid that the uniformity of the coating is impaired by disruptive flocculation of polyvinyl alcohol.
  • Comparable simple parameters to be observed for the formation of the solution may result if this solution has 0.5 to 15 wt .-% polyvinyl alcohol.
  • this can result in a sufficiently high tribological property in order to reliably fulfill tight process parameters during forming.
  • this may already be sufficient for a solution with 0.9 to 8 wt .-%, polyvinyl alcohol.
  • aqueous solution with a wet film thickness of 0.1 to 10 microns applied to the plate this may be the uniformity of the layer thickness conducive. Especially a wet film thickness of 1 to 5 ⁇ m can lead to improved tribological properties.
  • aqueous solution has partially hydrolyzed polyvinyl alcohol having a degree of hydrolysis of from 72 to 97 mol%, this can further simplify the process and thus further increase its reproducibility.
  • fully hydrolyzed polyvinyl alcohol having a degree of hydrolysis greater than 97 mol% may additionally show improved tribological properties, as a result of which, for example, the amount of polyvinyl alcohol required can be reduced.
  • the formability of the sheet can be further improved if the sheet is surface-coated with 0.5 to 3 g / m 2 oil.
  • mineral oil preferably a thixotropic oil, may be distinguished for this purpose.
  • n-octanol can be used as defoamer.
  • the invention has also set itself the task of creating a sheet with a forming aid, with which a comparatively narrow process window can be adhered to during forming.
  • the invention achieves the stated object with regard to the sheet in that the coating consists of polyvinyl alcohol, optionally a tracer and production-related unavoidable impurities.
  • the metal sheet can be treated comparatively high tribological property to ensure adequate lubrication even at high forming forces.
  • the layer of polyvinyl alcohol ensures that the sheet is heavily wetted with oil, which can prevent film breakage during forming.
  • the sheet metal can thus steadfastly follow even the tight radii of the forming tools and even adhere to narrow process windows during forming, which can occur especially with thin sheets.
  • the layer with polyvinyl alcohol is relatively easy to remove, for example by means of an alkaline cleaning process, and also leads in known cohesive compounds to no adverse effects, especially since polyvinyl alcohol is known from the prior art in adhesive bonds as a primer.
  • polyvinyl alcohol oxidizes without residue during welding or soldering processes and can therefore not adversely affect such compounds, which the invention can distinguish from multicomponent systems in comparison to the prior art.
  • even thin coatings can be measured using the optional tracer.
  • the sheet consists of a steel material, the connection of the coating with polyvinyl alcohol can be facilitated - and thus the deformation behavior of the steel sheet can be further improved.
  • the sheet has a protective coating, in particular based on Zn, to which protective coating the coating with polyvinyl alcohol adjoins, synergy effects between protective coating and polyvinyl alcohol can be used to improve their cohesive connection and thus the forming behavior of the sheet can be further improved.
  • a sufficient improvement in the forming behavior of the sheet can be shown if the coating with polyvinyl alcohol has a coating weight of at least 0.5 mg / m 2, in particular at least 10 mg / m 2
  • the properties of the sheet with regard to its formability can be further improved if the film with polyvinyl alcohol is followed by an oil film having a coating weight of 0.5 to 3 g / m 2.
  • oil film having a coating weight of 0.5 to 3 g / m 2.
  • mineral oil preferably a thixotropic oil, may be distinguished for this purpose.
  • the invention may be distinguished when an aqueous solution which comprises polyvinyl alcohol, optionally a defoamer, optionally a tracer and the remainder of water and inevitable impurities due to its production, is used to coat an oil-free sheet to improve the formability of the sheet which has been oiled after coating.
  • an aqueous solution which comprises polyvinyl alcohol, optionally a defoamer, optionally a tracer and the remainder of water and inevitable impurities due to its production, is used to coat an oil-free sheet to improve the formability of the sheet which has been oiled after coating.
  • the aqueous solution is extremely stable due to the small number of components and thus can allow a reproducible coating.
  • this can be of particular importance for steel sheets - especially for sheets with a protective coating preferably Zn-based.
  • Table 1 Experiment overview thin sheet Film thickness [ ⁇ m] Composition of the aqueous solution Sliding friction coefficient ⁇ A - - 0.19 B 1.5 partially hydrolyzed PVA with 7 wt .-%, 0.5 ml / l n-octanol and the remainder water 0.13 C 1.5 fully hydrolyzed PVA with 5 wt .-%, 0.5 ml / l n-octanol and the remainder water 0.11
  • the inventive sheet 1 (sheet B and C), in contrast to the thin sheet A on the protective coating 2, which has a Zn base, a full-surface covering coating 3 of polyvinyl alcohol.
  • a full surface covering RP4107S oil film 4 is then applied from mineral oil, so as to increase, for example, the corrosion resistance of the sheet 1.
  • the forming aids according to the invention on the thin sheets B and C outstanding tribological properties, which comes at least by significantly reduced sliding friction in relation to thin sheet A expression.
  • the coating 3 according to the invention of polyvinyl alcohol in the thin sheets B and C leads to no deterioration of the sliding friction coefficient ⁇ over the number of tests n.
  • the thin sheets B and C can still guarantee low sliding friction coefficients ⁇ even in the last attempt.
  • the coating 3 can therefore steadfast ensure a particularly low coefficient of sliding friction ⁇ .
  • Fig. 2 to recognize that with fully hydrolyzed polyvinyl alcohol having a degree of hydrolysis greater than 97 mol .-% in the aqueous solution, a small proportion in comparison with the solution of sheet B sufficient to ensure improved tribological properties.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Blech und ein Verfahren zur Verbesserung der Umformbarkeit eines Blechs, bei dem vor dem Umformen des Blechs eine wässrige Lösung mit Polyvinylalkohol auf das Blech aufgebracht und danach getrocknet wird und in einem nachfolgenden Schritt die damit beschichtete Blechoberfläche geölt wird.
    • Stand der Technik
  • Diverse Umformhilfen für schutzbeschichtete Bleche sind aus dem Stand der Technik bekannt - beispielsweise ein Ölfilm am Blech.
  • Zur Weiterbildung dieser Umformhilfe offenbart die DE69906555T2 , das Blech vor dem Auftragen des Ölfilms mit einer wässrigen Lösung zu behandeln, die Zink- und Sulfationen enthält. Anschließend wird die aufgetragene Lösung getrocknet, was auf dem Blech eine Schicht mit einer Zinkhydroxysulfat Basis erzeugt, welche Schicht beim Umformen gemeinsam mit einem darüber liegenden Ölfilm eine schmierende Wirkung entfaltet und so die tribologischen Eigenschaften des Blechs verbessert. Nachteilig ist jedoch, dass diese Umformhilfe vergleichsweise schwer vom Blech zu entfernbar ist und damit nachteilige Effekte bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten des Blechs nicht zu vermeiden sind. Zudem zeigen derartige Umformhilfen nachteilige Effekte beim Schweißen als auch beim Verkleben eines umgeformten Blechs.
  • Zudem ist aus dem Stand der Technik bekannt ( US6455476B1 ), vor einem Umformen eines Blechs eine wässrige Lösung mit Polyvinylalkohol, organische Salze und einem Schmiermittel aufzubringen, was nach einer Trocknung eine feste Schmierstoffbeschichtung ausbildet. Nachteilig bedarf diese wässrige Lösung mit Ihrer Vielzahl an Komponenten einer besonderen Handhabung, insbesondere um eine ausreichende Anbindung des Polyvinylalkohols an der Metalloberfläche sicherzustellen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung hat sich daher ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Verbesserung der Umformbarkeit eines Blechs zu schaffen, das einfach, unkompliziert anwendbar und reproduzierbar eine gleichmäßige Beschichtung erzeugen kann. Zudem soll diese Beschichtung für nachfolgende Verfahrensschritte leicht entfernbar sein.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass auf das Blech eine wässrige Lösung, die Polyvinylalkohol, optional einen Entschäumer, optional einen Tracer und als Rest Wasser sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, aufgebracht und getrocknet wird.
  • Wird auf das Blech eine wässrige Lösung mit Polyvinylalkohol und als Rest Wasser sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen aufgebracht und danach getrocknet, kann zunächst auf verfahrenstechnische Weise reproduzierbar eine besonders gleichmäßige Schicht auf dem Blech erzeugt werden. Überraschend stellte sich zudem heraus, dass sich in Kombination mit einem nach dem Trocknen der Schicht aufgebrachten Ölfilm die tribologischen Eigenschaften des Blechs erheblich verbessern - und das obwohl keine weiteren Komponenten zum Erreichen dieser tribologischen Eigenschaften in der wässrigen Lösung vorgeschlagen werden, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. Da außerdem durch ein Missen dieser weiteren Komponenten die erfindungsgemäße Lösung äußerst stabil ist, kann das Verfahren auch besonders reproduzierbar durchgeführt werden.
  • Daher konnte selbst unter Umformbedingungen hoher Kontaktbeanspruchung ausreichend den auftretenden Schädigungsmechanismen entgegengewirkt und zugleich für auch ausreichende Reibbedingungen zum Erreichen einer hohen Prozessqualität gesorgt werden. Dies führte dazu, dass selbst enge Prozessfenster vom erfindungsgemäß beschichteten Blech eingehalten werden konnten. Außerdem konnte festgestellt werden, dass nachträglich aufgebrachte Öl besonders gut an der Beschichtung mit Polyvinylalkohol haftet, sodass reproduzierbar ein für ein Umformen vorbereitetes Blech geschaffen werden kann, was selbst lange Lagerzeiten standhält. Zudem ist die Beschichtung mit einer wässrigen Lösung, enthaltend Polyvinylalkohol (PVA), vergleichsweise unkompliziert und einfach handhabbar, was das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht und damit die Herstellungskosten des derart für das Umformen vorbehandelten Blechs reduziert - zumal für dieses erfindungsgemäße Verfahren keine besonderen Maßnahmen zur Gefahrenreduktion notwendig, was dieses ohne besondere Umweltauflagen unkompliziert anwendbar und damit kostengünstig macht.
  • Die Handhabung des Verfahrens kann weiter vereinfacht werden, wenn die Lösung optional einen Entschäumer, vorzugsweise n-Octanol, aufweist. Neben der entschäumenden Wirkung kann durch Zugabe von n-Octanol eine Hydrophobierung der Oberfläche des Blechs ermöglicht werden, um damit die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
  • Optional kann diese Zusammensetzung auch noch einen Tracer aufweisen, um die erfindungsgemäße Beschichtung am Blech einfach erkennen zu können, beispielsweise mit messtechnischen Mitteln.
  • Im Allgemeinen wird erwähnt, dass unter Umformen insbesondere ein Zugdruckumformen, vorzugsweise ein Tiefziehen bzw. Streck und Tiefziehen, verstanden werden kann, was beispielsweise zur Herstellung von Karosserieteilen Anwendung finden kann. Weiter wird im Allgemeinen erwähnt, dass sich zum Beölen ein thixotropes Öl auszeichnen kann. Zudem wird im Allgemeinen erwähnt, dass Substanzen bzw. chemische Elemente, die eingesetzt werden, um die Anwesenheit bestimmter Komponenten und/oder deren Mengen zu erkennen, üblicherweise als "Tracer" bezeichnet werden. Diese Substanzen können beispielsweise beim Bestrahlen mit sichtbarem Licht oder mit ultravioletter Strahlung eine Fluoreszenzstrahlung aussenden und sind für unterschiedliche technische Einsatzgebiete bekannt. Im Allgemeinen wird weiter erwähnt, dass die Zusammensetzung Verunreinigungen mit jeweils maximal 0,05 Gew.-% und gesamt höchstens 1 Gew.-% aufweisen kann.
  • Wird auf ein aus einem Stahlwerkstoff bestehendes Blech die wässrige Lösung mit Polyvinylalkohol aufgebracht und getrocknet, kann dies das Verfahren in der Handhabung erleichtern. Polyvinylalkohol und Stahlwerkstoffe können nämlich eine besonders feste stoffschlüssige Verbindung mit gleichmäßiger Schichtdicke ausbilden.
  • Besonders kann sich das erfindungsgemäße Verfahren bei einem schutzbeschichteten Blech auszeichnen, wenn auf dessen Schutzbeschichtung die wässrige Lösung mit Polyvinylalkohol aufgebracht und getrocknet wird. Vorzugsweise bei Schutzbeschichtung auf Zn-Basis geht diese mit Polyvinylalkohol eine besonders standfeste Verbindung mit gleichmäßiger Oberflächenverteilung ein, was eine vollständige Benetzung der Blechoberfläche mit Öl sicherstellen kann. Das Verfahren kann damit Bleche mit vergleichsweise hohen tribologischen Eigenschaften reproduzierbar erzeugen.
  • Hohe Schichtdicken können verlässlich erzeugt werden, wenn die Lösung Polyvinylalkohol bis zur Löslichkeitsgrenze in Wasser aufweist. Dies kann unter anderem vermeiden, dass die Gleichmäßigkeit der Beschichtung durch störende Ausflockungen von Polyvinylalkohol beeinträchtigt wird.
  • Vergleichsweise einfache einzuhaltende Parameter zur Ausbildung der Lösung können sich ergeben, wenn diese Lösung 0,5 bis 15 Gew.-% Polyvinylalkohol aufweist. Zudem kann sich damit eine ausreichend hohe tribologische Eigenschaft ergeben, um enge Prozessparameter beim Umformen verlässlich erfüllen zu können. Optional kann hierfür bereits eine Lösung mit 0,9 bis 8 Gew.-%, Polyvinylalkohol ausreichen.
  • Wird die wässrige Lösung mit einer Nassfilmdicke von 0,1 bis 10 µm auf das Blech aufgebracht, kann dies der Gleichmäßigkeit der Schichtdicke förderlich sein. Besonders eine Nassfilmdicke mit 1 bis 5 µm kann zu verbesserten tribologischen Eigenschaften führen.
  • Weist die wässrige Lösung teilhydrolysierten Polyvinylalkohol mit einem Hydrolysegrad von 72 bis 97 Mol.-% auf, kann dies das Verfahren weiter vereinfachen und damit dessen Reproduzierbarkeit weiter erhöhen. Insbesondere vollhydrolysierter Polyvinylalkohol mit einem Hydrolysegrad größer 97 Mol.-% kann zusätzlich verbesserte tribologische Eigenschaften zeigen, wodurch beispielsweise die Menge an benötigtem Polyvinylalkohol reduziert werden kann.
  • Die Umformbarkeit des Blechs kann sich weiter verbessern, wenn das Blech mit 0,5 bis 3 g/m^2 Öl oberflächenbeschichtet wird. Insbesondere Mineralöl, vorzugsweise ein thixotropes Öl, kann sich hierfür auszeichnen.
  • Vorzugsweise kann n-Octanol als Entschäumer verwendet werden.
  • Die Erfindung hat sich zudem die Aufgabe gestellt, ein Blech mit einer Umformhilfe zu schaffen, mit dem ein vergleichsweise enges Prozessfenster beim Umformen eingehalten werden kann.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Blechs dadurch, dass die Beschichtung aus Polyvinylalkohol, optional einen Tracer sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen besteht.
  • Besteht die Beschichtung aus Polyvinylalkohol, optional einen Tracer sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen, kann das Blech mit einer vergleichsweise hohen tribologischen Eigenschaft versehen werden, um selbst bei hohen Umformkräften eine ausreichende Schmierung sicherzustellen. Die Schicht mit Polyvinylalkohol sorgt nämlich für eine starke Benetzung des Blechs mit Öl, was einen Filmabriss beim Umformen vermeiden kann. Das Blech kann so standfest selbst engen Radien der Umformwerkzeuge folgen und selbst enge Prozessfenster beim Umformen einhalten, was gerade bei Feinblechen eintreten kann. Außerdem ist die Schicht mit Polyvinylalkohol verhältnismäßig einfach entfernbar, beispielsweise mithilfe eines alkalischen Reinigungsprozesses, und führt zudem bei bekannten stoffschlüssigen Verbindungen zu keinen nachteiligen Effekten, zumal Polyvinylalkohol aus dem Stand der Technik bei Klebeverbindungen als Haftvermittler bekannt ist. Außerdem oxidiert Polyvinylalkohol bei Schweiß- oder Lötverfahren rückstandslos und kann damit auch solche Verbindungen nicht nachteilig beeinflussen, was die Erfindung gegenüber aus dem Stand der Technik mit Mehrkomponentensysteme auszeichnen kann. Zudem können mit dem optionalen Tracer selbst dünne Beschichtungen messtechnisch erfasst werden.
  • Besteht das Blech aus einem Stahlwerkstoff, kann die Anbindung der Beschichtung mit Polyvinylalkohol erleichtert - und damit das Umformverhalten des Stahlblechs weiter verbessert werden.
  • Weist das Blech eine Schutzbeschichtung, insbesondere auf Zn-Basis, auf, an welche Schutzbeschichtung die Beschichtung mit Polyvinylalkohol anschließt, können Synergieeffekte zwischen Schutzbeschichtung und Polyvinylalkohol zur Verbesserung deren stoffschlüssigen Verbindung genutzt und damit das Umformverhalten des Blechs weiter verbessert werden.
  • Eine ausreichende Verbesserung im Umformverhalten des Blechs kann sich zeigen, wenn die die Beschichtung mit Polyvinylalkohol ein Schichtgewicht von mindestens 0,5 mg/m^2, insbesondere mindestens 10 mg/m^2, aufweist
  • Die Eigenschaften des Blechs hinsichtlich seiner Umformbarkeit können weiter verbessert werden, wenn an die Beschichtung mit Polyvinylalkohol ein Ölfilm mit einem Schichtgewicht von 0,5 bis 3 g/m^2 anschließt. Insbesondere Mineralöl, vorzugsweise ein thixotropes Öl, kann sich hierfür auszeichnen.
  • Besonders kann sich die Erfindung auszeichnen, wenn eine wässrige Lösung, die Polyvinylalkohol, optional einen Entschäumer, optional einen Tracer und als Rest Wasser sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, zum Beschichten eines ölfreien Blechs zur Verbesserung der Umformbarkeit des nach dem Beschichten geölten Blechs verwendet wird. Dies insbesondere weil die wässrige Lösung durch die geringe Anzahl an Komponenten äußerst stabil ist und damit eine reproduzierbare Beschichtung erlauben kann. Vorzugsweise kann dies für Stahlbleche von besonderer Bedeutung sein - insbesondere für Bleche mit einer Schutzbeschichtung vorzugsweise auf Zn-Basis.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Im Folgenden und in den Figuren wird die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine vergrößerte abgerissene Schnittansicht auf ein beschichtetes Blech und
    Fig. 2
    ein vergleichendes Diagramm verschieden beschichteter Feinbleche.
    Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Zum Nachweis der erzielten Effekte wurden ident verzinkte Bleche bzw. Feinbleche A, B und C aus einem Stahlwerkstoff mit verschiedensten wässrigen Lösungen behandelt, getrocknet und nachfolgend geölt, und zwar mit einem Schichtgewicht von 2 g/m^2. Hierzu wird ein bekanntes Mineralöl bzw. die Stahlwerksbeölung RP4107S verwendet. Im Allgemeinen ist jedoch jedes andere thixotrope Öl denkbar.
  • Die verschiedenen Zusammensetzungen der Lösungen samt der jeweiligen Filmdicke sind in der Tabelle 1 zu finden. Tabelle 1: Versuchsübersicht
    Feinblech Filmdicke [µm] Zusammensetzung der wässrigen Lösung Gleitreibungskoeffizient µ
    A - - 0,19
    B 1,5 teilhydrolysierter PVA mit 7 Gew.-%, 0,5 ml/l n-Octanol und als Rest Wasser 0,13
    C 1,5 vollhydrolysierter PVA mit 5 Gew.-%, 0,5 ml/l n-Octanol und als Rest Wasser 0,11
  • Auf dem Feinblech A wurde ausschließlich RP4107S als Umformhilfe appliziert. Die Feinbleche B und C wurden vorher mit der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Tabelle 1 behandelt, welche Lösung anschließend getrocknet wurde.
  • Damit ergibt sich am erfindungsgemäßen Blech 1 (Feinblech B und C) zum Unterschied zum Feinblech A auf der Schutzbeschichtung 2, die eine Zn-Basis aufweist, eine vollflächig abdeckende Beschichtung 3 aus Polyvinylalkohol. An diese Beschichtung 3 wird anschließend ein vollflächig abdeckender RP4107S Ölfilm 4 aus Mineralöl aufgetragen, um damit beispielsweise auch die Korrosionsbeständigkeit des Blechs 1 zu erhöhen.
  • Von den Blechen A, B und C wurden anschließend die Gleitreibungskoeffizienten µ entsprechend der Norm ISO 15359 gemessen, und zwar über mehrere Versuche n auf demselben Feinblech A, B und C, was der Fig. 2 entnommen werden kann. In Tabelle 1 sind hierzu jene Gleitreibungskoeffizienten µ zu finden, der über mehrere Versuche n auf demselben Feinblech A, B bzw. C gemittelt sind.
  • Wie nun im Vergleich der Feinbleche A, B und C nach Tabelle 1 zu erkennen, zeigen die erfindungsgemäßen Umformhilfen auf den Feinblechen B und C überragende tribologische Eigenschaften, was zumindest durch deutlich reduzierte Gleitreibungskoeffizienten in Relation zu Feinblech A zum Ausdruck kommt. Zudem ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Beschichtung 3 aus Polyvinylalkohol bei den Feinblechen B und C zu keiner Verschlechterung des Gleitreibungskoeffizienten µ über die Anzahl der Versuche n führt. Erfindungsgemäß können jedoch die Feinblechen B und C selbst beim letzten Versuch noch immer niedrige Gleitreibungskoeffizienten µ gewährleistet. Die Beschichtung 3 kann daher standfest einen besonders niedrigen Gleitreibungskoeffizient µ sicherstellen. Außerdem ist gemäß Fig. 2 zu erkennen, dass mit vollhydrolysiertem Polyvinylalkohol mit einem Hydrolysegrad größer 97 Mol.-% in der wässrigen Lösung ein geringer Anteil im Vergleich mit der Lösung von Feinblech B ausreicht, verbesserte tribologische Eigenschaften zu gewährleisten.
  • Es ist somit gezeigt, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren bzw. auch das damit beschichtete Blech besonders für ein Umformen vorbereitet bzw. damit ein Umformen reproduzierbar durchgeführt werden kann.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Verbesserung der Umformbarkeit eines Blechs (1), bei dem vor dem Umformen des Blechs (1) eine wässrige Lösung mit Polyvinylalkohol auf das Blech (1) aufgebracht und danach getrocknet wird und in einem nachfolgenden Schritt die damit beschichtete Blechoberfläche geölt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Blech (1) eine wässrige Lösung, die Polyvinylalkohol, optional einen Entschäumer, optional einen Tracer und als Rest Wasser sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, aufgebracht und getrocknet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein aus einem Stahlwerkstoff bestehendes Blech (1) die wässrige Lösung mit Polyvinylalkohol aufgebracht und getrocknet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Schutzbeschichtung (2), insbesondere auf Zn-Basis, des Blechs (1) die wässrige Lösung mit Polyvinylalkohol aufgebracht und getrocknet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung Polyvinylalkohol bis zur Löslichkeitsgrenze in Wasser aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung 0,5 bis 15 Gew.-%, insbesondere von 0,9 bis 8 Gew.-%, Polyvinylalkohol aufweist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung mit einer Nassfilmdicke von 0,1 bis 10 µm, insbesondere von 1 bis 5 µm, auf das Blech (1) aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung teilhydrolysierten Polyvinylalkohol mit einem Hydrolysegrad von 72 bis 97 Mol.-% oder vollhydrolysierten Polyvinylalkohol aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (1) mit 0,5 bis 3 g/m^2 Öl oberflächenbeschichtet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass n-Octanol als Entschäumer verwendet wird.
  10. Blech mit einer wenigstens bereichsweise vorgesehenen Beschichtung (3), die Polyvinylalkohol aufweist, und mit einem Ölfilm (4) an der Beschichtung (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) aus Polyvinylalkohol, optional einen Tracer sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen besteht.
  11. Blech nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (1) aus einem Stahlwerkstoff besteht.
  12. Blech nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (1) eine Schutzbeschichtung (2), insbesondere auf Zn-Basis, aufweist, an welche Schutzbeschichtung (2) die Beschichtung (3) mit Polyvinylalkohol anschließt.
  13. Blech nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) mit Polyvinylalkohol ein Schichtgewicht von mindestens 0,5 mg/m^2, insbesondere mindestens 10 mg/m^2, aufweist.
  14. Blech nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an die Beschichtung (3) mit Polyvinylalkohol ein Ölfilm (4) mit einem Schichtgewicht von 0,5 bis 3 g/m^2 anschließt.
  15. Verwendung einer wässrigen Lösung, die Polyvinylalkohol, optional einen Entschäumer, optional einen Tracer und als Rest Wasser sowie herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, zum Beschichten eines ölfreien Blechs (1) zur Verbesserung der Umformbarkeit des nach dem Beschichten geölten Blechs (1).
EP15719678.3A 2014-04-25 2015-04-27 Blech und verfahren zur verbesserung der umformbarkeit eines blechs Active EP3134497B1 (de)

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