何 浪，王 輝，李子濤

(馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

1 概述

涂裝作為汽車制造的四大工藝之一，不但為了增強(qiáng)的車輛的耐蝕性，同時(shí)也賦予車身良好的外觀。車身外觀質(zhì)量的好壞是影響消費(fèi)者選擇的重要因素之一。當(dāng)前，衡量車身外觀質(zhì)量的主要指標(biāo)有長波、短波、鮮映性等指標(biāo)[1]、[2]。這些指標(biāo)不但受涂料性能、涂裝工藝的影響，也會(huì)受到涂裝基材質(zhì)量的影響[3]、[4]。

關(guān)于汽車板材表面結(jié)構(gòu)對(duì)于涂裝外觀質(zhì)量的影響，汽車行業(yè)、鋼鐵行業(yè)已形成共識(shí)：即鋼板表面波紋度主要影響全涂裝后的長波桔皮值、鮮映性。研究表明：涂層厚度、烘烤方向、鋼板表面波紋度都會(huì)顯著影響車身涂漆后質(zhì)量外觀，鋼板表面波紋度增加將會(huì)導(dǎo)致低DOI，涂裝過程對(duì)鋼板表面輪廓的短波(粗糙度)具有良好的遮蔽性，而對(duì)長波(波紋度)的遮蔽性較差[5]、[6]。

此外，鋼板在經(jīng)歷涂裝工序之前需要進(jìn)行成形以獲得需要的不同零件的型面，在成形前后鋼板表面結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變。

趙艷亮等人[8]研究熱鍍鋅BH鋼板在成形前后表面結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，結(jié)果顯示：不同表面輪廓粗糙度在車身典型變形量范圍(3%-8%)內(nèi)呈“V”形變化，且8%變形表面Ra未超過原板測(cè)試值；峰值數(shù)Pc值原板較低(Pc值60左右)時(shí)變形(3%-8%)后略有增加，較高時(shí)(Pc值120左右)變形后略有下降或保持不變；波紋度在車身典型變形量范圍(3%-8%)呈現(xiàn)明顯增長趨勢(shì)。

本文以熱浸鍍鋅無間隙原子鋼、熱浸鍍鋅烘烤硬化鋼為研究對(duì)象，研究了不同變形量下熱浸鍍鋅板表面輪廓參數(shù)的變化規(guī)律，以期為指導(dǎo)鋼廠對(duì)原材料表面輪廓參數(shù)進(jìn)行控制提供依據(jù)。

2 試驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)材料為熱浸鍍鋅無間隙原子鋼DC56D+ZF、熱浸鍍鋅烘烤硬化鋼HC180BD+Z。將鋼板裁剪成180 mm*180 mm大小的方形試片，并標(biāo)記軋制方向。使用無水乙醇清洗鋼板表面進(jìn)行粗糙度、波紋度測(cè)量及成形模擬實(shí)驗(yàn)。

使用Hommel T8000R型粗糙度儀測(cè)量成形前鋼板表面粗糙度、波紋度，每個(gè)試樣測(cè)量三次取平均值，結(jié)果列于表1。

粗糙度測(cè)量方法：參照BS EN 10049:2013《金屬板材平均粗糙度和峰值計(jì)數(shù)RPc的測(cè)量》，針尖半徑2 μm/90°，截止波長2.5 mm，測(cè)量長度15 mm，評(píng)定長度12.5 mm。波紋度測(cè)量方法：按照SEP 1941-2012《冷軋金屬板材表面波紋度Wsa 1-5的測(cè)量方法》測(cè)量Wsa1-5值，針尖半徑2 μm/90°，測(cè)量長度30 mm，評(píng)定長度25 mm。粗糙度、波紋度測(cè)量均垂直于鋼板軋制方向。

使用BUP 600成形試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行平底杯突成形模擬試驗(yàn)，根據(jù)典型外覆蓋件外觀面的CAE及網(wǎng)格應(yīng)變分析結(jié)果，主應(yīng)變值分別設(shè)定為3%、5%、8%。隨后，使用Hommel T8000R型粗糙度儀測(cè)量成形前鋼板表面粗糙度、波紋度，每個(gè)試樣測(cè)量三次取平均值。

3 結(jié)果與討論

粗糙度Ra在不同應(yīng)變下的數(shù)值變化如圖1，從整體上看，不同材料隨成形深度的Ra變化無明顯規(guī)律。例如，在8%應(yīng)變條件下，四種材料的Ra均值最大增加值為0.15 μm，最大減小值為0.04 μm，這一增大或減小基本在鋼板表面粗糙度的不均勻性誤差之內(nèi)。因此，Ra隨變形程度增加無明顯的趨勢(shì)，即成形對(duì)Ra值影響較小。

圖1 不同應(yīng)變下的Ra值變化

粗糙度Rpc值隨應(yīng)變變化如圖2。由圖可見，(1)除4號(hào)試樣以外，Rpc隨著應(yīng)變的增加有明顯的降低趨勢(shì)。(2)當(dāng)原材料的Rpc值在60個(gè)/cm以下時(shí)，Rpc隨應(yīng)變幾乎不變。當(dāng)原材料的Rpc值在90個(gè)/cm-120個(gè)/cm之間，在5%的應(yīng)變下Rpc下降值為16個(gè)/cm-19個(gè)/cm；當(dāng)原材料的Rpc較高時(shí)(大于150個(gè)/cm)，隨成形深度的增加Rpc值降低程度更加明顯，在5%的應(yīng)變下Rpc均值下降40個(gè)/cm，在8%應(yīng)變下Rpc均值下降48個(gè)/cm。

圖2 不同應(yīng)變下的Rpc變化

波紋度Wsa1-5值隨應(yīng)變作圖如圖3。由圖可見：四種材料的波紋度值隨應(yīng)變?cè)黾泳忻黠@的增加。在5%應(yīng)變下，1、2、3、4、5號(hào)四種材料的Wsa1-5均值增加分別為0.05 μm、0.02 μm、0.05 μm、0.04 μm、0.02 μm。

圖3 不同應(yīng)變的波紋度變化

表面結(jié)構(gòu)包含形狀、粗糙度、波紋度三個(gè)部分。鋼板表面結(jié)構(gòu)是粗糙度、波紋度、形狀的集合，人眼看到的是這三者的綜合表現(xiàn)[9]。Ra表示粗糙度輪廓的算術(shù)平均偏差，Rpc代表粗糙度輪廓中每個(gè)單位長度的峰值數(shù)，其波長范圍為0.08 mm-2.5 mm；Wsa1-5表示波紋度輪廓的算術(shù)平均偏差，其波長范圍為1 mm-5 mm[10]。

鍍鋅鋼板表面結(jié)構(gòu)參數(shù)源于軋輥表面結(jié)構(gòu)復(fù)制過程，表面有無數(shù)微觀的凹凸不平的表面結(jié)構(gòu)，這些凹凸不平的表面結(jié)構(gòu)處于粗糙度的波長之內(nèi)。當(dāng)形變?yōu)?%-8%時(shí)這些凸起和凹陷的差值變化不大，因此導(dǎo)致在宏觀上Ra值變化不大。但是由于應(yīng)變會(huì)帶來單位面積內(nèi)凸起和凹陷的數(shù)量減小，因此造成了高Rpc值板材的下降較為明顯。而波紋度的波長為1 mm-5 mm，介于宏觀和微觀之間，其演變機(jī)制需要進(jìn)一步研究。

近年來由于節(jié)能和環(huán)保的需求，汽車涂裝技術(shù)發(fā)生了巨大變革，以2C1B(免中涂工藝)為代表的新型涂裝技術(shù)正在迅速普及[11]。新型涂裝系統(tǒng)減少中涂工序，相比于傳統(tǒng)的三涂兩烘(3C2B)工藝漆膜厚度下降約20 μm-30 μm，這被認(rèn)為將造成鋼板表面形貌傳遞的增加[12]。因此研究鋼板表面結(jié)構(gòu)在成形之后的變化對(duì)于指導(dǎo)車廠、鋼廠制定鋼板表面結(jié)構(gòu)參數(shù)控制策略具有重要意義。

4 結(jié)論

成形對(duì)粗糙度Ra值影響較小。

總體上Rpc隨著應(yīng)變的增加而降低，且原材料的Rpc越高，隨應(yīng)變?cè)黾拥慕档驮矫黠@。

鋼板波紋度Wsa1-5值在0.15 μm-0.26 μm之間，隨應(yīng)變?cè)黾硬y度增加。