自20世纪80年代中期,我国有色金属行业陆续从西?和意大利引进了10多套先进的四辊和十二 辊可逆冷轧机组,以满足国内市场对铜板带精度、板型及表面质量的新要求。同时为配套生产,每年都要花费大量外汇进口美国Esson公司生产的SomentorN-60和Mob il公司生产的Genrex 26A专用轧制油。因此这些专用轧制油的国产化,一方面可以为国家节约大量外汇,另一方面可以 提高我国铜板带冷轧油的整体水平,具有较大的经济和社会效益。1铜材冷轧机的摩擦学特征及工 艺特点1·1冷轧加工的摩擦学特征图1铜材轧制摩擦学系统众所周知,轧制是金属成型加工的重 要方法之一,是靠摩擦力将坯料咬入一对旋转的轧辊而使轧件厚度变薄的塑性变形过程,主要是由 轧辊、轧件及润滑3部分组成的一个摩擦学系统,如图1所示。在这个摩擦学系统中,各种过程变 量相互作用(如图2所示),决定着轧制过程中的润滑机制,并能支配摩擦大小、磨损的产生和轧 制产品的质量(尤其指铜带表面质量)。对于全油润滑(基础油+添加剂),影响铜材冷轧润滑效 果的因素很多,如轧辊表面状况(粗糙度)、轧件原始表面状况(粗糙度)、润滑剂特性、轧制压 下率、轧制速度及铜材力学性能等,但它们最终都是通过变形区内形成的润滑油膜来制约润滑性能 。轧制变形区内的润滑状况是轧制摩擦学的核心,润滑性能的好坏是衡量系统功能的一个重要因素 ,因此,润滑剂在整个轧制过程中的作用十分重要。图2铜材轧制时摩擦学相互作用关系图3混合 摩擦(半液体摩擦)条件下的接触表面示意图一般来说,按摩擦表面接触区润滑油的数量,摩擦可 分为3种基本形式:即干摩擦、边界摩擦和液体摩擦。但对于金属板带的冷轧加工来说,则是以混 合摩擦存在,如图3所示,其润滑模型、摩擦因数和特性因素关系分别见图4和图5。图4冷轧加 工的润滑模型根据图4所示的润滑模型,变形区域内可能存在流体润滑(B区)、边界润滑(F区 )以及部分微凸体峰处的直接接触,而各自所占比例大小主要根据轧制条件而定。从轧制过程摩擦 因数和特性因素(特性因素=粘度×速度/负荷)的关系(见图5)可以看出,摩擦因数有一最小 值,这相当于在摩擦表面间实现流体摩擦时的最薄油层状况,而在这一最低点附近则是转变区,即 流体摩擦和混合摩擦相互转变的工况。不难看出:提高油品的粘度,增大轧制速度,减少界面压力 ,摩擦则转向流体摩擦;反之,特性因素变小,则不能保持实现流体摩擦的最薄油层,摩擦表面之 间将处于混合摩擦状态,特别是在极高负荷及低速情况下,甚至可使润滑失效而成为干摩擦。图5 摩擦因数和特性因素关系对于金属冷轧加工的润滑,是属于流体润滑,还是边界润滑,目前还没有 定论,但常被视为流体和边界润滑的混合状态。就铜材而言,由于其良好的压延性,决定了轧制时 的压力不是很大,这种相对温和的轧制环境,对润滑油的润滑和耐压性能要求不太苛刻。1·2铜 材冷轧加工的工艺特点在铜板带的轧制加工工艺中,轧制半成品一般需要进行退火,目的是消去轧 制过程中所产生的应力。在传统的轧制工艺中,退火前一般需要酸洗、清刷,这样半成品在退火时 表面残留的油很少。而在引进的高速可逆冷轧机组生产线上,这两道工序被取消,轧后的半成品直 接进退火炉退火,这样铜板带表面残留的大量轧制油,退火后很容易在成品表面留下污斑,造成铜 板材表面光洁度下降,影响产品的质量,因此引进的高速轧机要求使用高清净性的轧制油。2轧制 油的研制2·1高速可逆冷轧机对轧制油的性能要求新的轧制工艺最突出的特点是轧后带材直接进 行退火,退火后成品质量主要由其表面光洁度来决定,而影响铜材表面光洁度的因素很多,如轧辊 表面粗糙度,轧件原始表面粗糙度,润滑剂粘度、添加剂及含量,润滑方式,轧制压下率,轧制速 度,开卷张力,喂料高度,退火气氛等,具体表现为轧制过程中产生的压痕、重皮、污染、气孔、 起鳞、裂纹、划痕、人字纹、粘附沟、压入粘附、震动痕等,严重影响产品的表面质量。这些因素 除了个别因素与铜材材质本身有关外,大都与轧制油有直接关系,轧制油一般要求具有合适的润滑 ,润滑不足和润滑过度都对板材表面质量不利。通常铜板带表面污斑主要有炭污斑、硫污斑和水污 斑。炭污斑主要是轧制油中高沸程组分在退火时残留在铜材表面炭化所致;而硫化物则引起硫污斑 ;轧制油中存在的水溶解铜离子,会催化氧化轧制油而生成酸性物质,造成铜腐蚀,形成水污斑。 因此,要求轧制油不应含有比退火温度高的组分,硫含量不得高于0·5%(质量分数),最好控 制在0·2%以下,同时还要控制水分含量,必要时还要添加一定的抗氧化剂和金属减活剂,以减 缓油品氧化,保护铜表面不受腐蚀。根据铜材冷轧加工的摩擦学特征、工艺要求,轧制油应具有以 下性能:(1)满足四辊和十二辊可逆轧机生产各种规格铜及合金带材的工艺润滑要求。(2)良 好的冷却和过滤性能。(3)较强的抗污染能力。(4)高的清净性能,使得退火后铜带材表面光 亮、无变色、无油斑等。(5)高闪点、低气味、低烟雾,具有较强的循环使用寿命。(6)对材 料和设备无腐蚀性。2·2冷轧油润滑性与清净性关系图6冷轧油皂化值、润滑性、清净性的关系 冷轧油皂化值、润滑性、清净性的关系如图6所示。从图中可以看出:轧制油的润滑性随着皂化值 的增加而提高,而清净性则随皂化值的增加而下降,说明轧制油的润滑性和清净性是一对矛盾体。 另外从图中还可知道:矿物系润滑油的清净性最好,润滑性最差;脂肪系润滑油的润滑性最好,清 净性最差,混合系的清净性和润滑性介于中间,兼顾了二者的平衡。尽管铜带材的轧制环境相对温 和,对润滑油的润滑和耐压性能要求不太苛刻,但矿物系润滑油肯定满足不了它的工艺润滑要求, 而润滑性最好的脂肪系润滑油又不能满足其退火清净性要求,只有采用混合系润滑油,通过配方设 计,才能有效地解决润滑性和清净性这一矛盾体,实现轧制工艺对轧制油润滑和退火清净性的双重 要求。2·3不同添加剂摩擦学特性分析轧制油的润滑主要由油性剂来实现,图7,8是不同油性 剂的摩擦学性能评价结果。从图7和图8可以看出:在3种油性剂中,就摩擦因数而言,十八酸的 最小,十八酸酯的最大,十二醇介于中间;而对于油膜强度,则十八酸酯的最大,十二醇的最小, 十八酸居中。这说明酸的润滑性最好,酯的油膜强度最大,通过它们有效的复合,是完全可以满足 铜带材冷轧工艺对轧制油润滑和耐压性能要求的。3轧制油的评定3·1技术指标表1研制的轧制 油G-56与参比油SomentorN-60的性能参数对比油品4ν0℃/(mm2·s-1)倾点/℃开口闪点/℃酸值/(mgKOH·g-1)皂化值(mgKOH·g-1)密度(20℃)/(kg·cm-3)10%蒸馏残炭/%油膜强度pB/N摩擦因数μSomentorN-609·21-7 156 0·07 6·6 847 0·037 372·4 0·072G-56 8·78-8 156 0·05 7 842 0·008 372·4 0·070表2研制油品G-56与参比油N-60的工业试验参数对比板材道次轧前厚度/mm轧后厚度/mm平均轧制压力/kNG-56 N-60厚板1 14·4 12·7 1 770 1 9432 12·7 11 2 170 2 4433 11 9·5 2 230 2 5364 9·5 8·5 2 270 2 4305 8·5 7·6 2 350 2 5016 7·6 6·8 2 240 2 5107 6·8 6·2 2 211 2 5178 6·2 5·3 2 131 2 4589 5·3 4·8 2 134 2 357中厚板1 4·8 3·2 2 0502 3·2 2·45 2 1083 2·45 2 2 1581 4·8 3·2 2 1542 3·2 2·6 2 0133 2·6 2·2 1 8144 2·2 2 1 723薄板1 1 0·63 1 310 1 3072 0·63 0·5 1 500 1 5743 0·5 0·4 1 500 1 500研制的轧制油G-56与参比油SomentorN-60性能参数见表1。由表1可以看出 :研制的轧制油G-56与参比油SomentorN-60的性能参数基本一致,仅从技术参数上来看,基本上达到了Esson公司SomentorN-60的技术水平。3·2工业试验研制的轧制油在浙江八达铜业有限公司的4260/560 mm×510 mm四辊可逆轧机上进行了工业试验,结果见表2。轧制结果表明:(1)研制的G-56与参比油Som entor N-60的轧制压力相当,说明二者的轧制润滑性相当,都能很好地满足轧制新工艺的润滑要求,轧 制薄带不断带。(2)轧后板带很少出现划痕和鱼尾纹,退火后表面有很好的光洁度。(3)轧制 油烟气少、气味小,具有较好的润滑、冷却、过滤、循环性能。4结论通过对铜带材冷轧机组摩擦 学特性及润滑模型分析,采用不同的添加剂复配技术,研制的组合物具有良好润滑性及Ebner光亮退火清洁性,解决了润滑性与清净性这一矛盾体,满足了4260/560mm×510mm四辊可逆轧机的工艺润滑要求,具有较好的应用前景。高清净性铜带材冷轧润滑剂 研究@蔡振钦$中国石油大学国家重质油重点实验室!北京102249,中国石化集团洛阳石化工程公司工程研究院河南洛阳471003
@徐春明$中国石油大学国家重质油重点实验室!北京102249
@赵锁奇$中国石油大学国家重质油重点实验室!北京102249通过对铜带材冷轧加工的摩擦学 特性及润滑模型分析,开发了具有良好润滑性及Ebner光亮退火清洁性的润滑剂组合物,完全 满足了铜带材四辊可逆冷轧机组的工艺润滑要求。铜带;;冷轧;;润滑油;;组合物以看出:轧 制油的润滑性随着皂化值的增加而提高,而清净性则随皂化值的增加而下降,说明轧制油的润滑性和清净性是一对矛盾体。另外从图中
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