油性劑、防銹劑對乳化液摩擦學(xué)性能和其冷軋效果的影響

戈曉達(dá)　孫建林　劉翹楚

摘要：乳化液是冷軋帶鋼生產(chǎn)過程中重要的潤滑劑，其摩擦學(xué)和極壓性能會(huì)影響到成品的板形、厚度和表面質(zhì)量。潤滑性較好的乳化液可以顯著降低帶鋼的末道次厚度。通過正交試驗(yàn)調(diào)整乳化液組分后，摩擦系數(shù)從優(yōu)化前的0.0817降至現(xiàn)在的0.0773，磨斑直徑從0.mm降至0.671 mm，值從956 N升至1015 N，其中P_B值最小值為883 N，超出標(biāo)準(zhǔn)要求值581N50.2%，且在軋制中可顯著降低末道次厚度，有助于生產(chǎn)出性能更穩(wěn)定的帶鋼產(chǎn)品。乳化液組分中油性劑劑量選擇10%，防銹劑劑量選擇3%，乳化液濃度選擇3%時(shí)，乳化液的綜合性能最優(yōu)，也可以得到更小的軋后厚度，但PB值略低若存放PB值有較高要求，可適當(dāng)提高乳化液濃度。

關(guān)鍵詞：冷軋乳化液；帶鋼；摩擦系數(shù)；PB值；末道次厚度

中圖分類號(hào)：TE626.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

在中國超越美國成為世界第一大潤滑油消耗國、持續(xù)拉動(dòng)亞太地區(qū)潤滑油使用量上升的今天，面對越來越嚴(yán)苛的環(huán)保法案，中國的潤滑劑品牌急需向著更綠色更環(huán)保的方向發(fā)展。同純油潤滑相比，乳液潤滑冷卻性好，軋制速度高，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全，易于清洗，水來源豐富，已經(jīng)被廣泛地使用。在帶鋼冷軋時(shí)，通常采用兼有冷卻作用的軋制乳化液進(jìn)行工藝潤滑以減少摩擦、降低軋制壓力、冷卻軋輥和控制板形。而冷軋油由于易揮發(fā)、閃點(diǎn)低、冷卻效果不佳等缺點(diǎn)，已經(jīng)不適用于高速、大壓下量的冷軋潤滑。

另外，在帶鋼冷連軋生產(chǎn)中，軋后要進(jìn)行罩式退火的板帶材對板形和表面粗糙度等方面都有嚴(yán)格要求，而冷軋乳化液的組分變化會(huì)影響到帶鋼板形、表面清潔度、末道次厚度和表面粗糙度。因此提升乳化液的性能對于改善帶鋼軋后板形和表面質(zhì)量非常重要。

1 乳化液的摩擦學(xué)性能

油性劑是決定乳化液摩擦學(xué)性能的重要因素，但油性劑劑量并非越高越好，油性劑劑量過大，不僅提高成本，而且可能導(dǎo)致乳化液性能下降。防銹劑劑量和乳化液濃度也是如此。為尋找使乳化液潤滑性能最好的油性劑和防銹劑劑量點(diǎn)，并在保證使用效果的前提下降低乳化液濃度，改善乳化液的摩擦學(xué)性能，降低末道次厚度，本文以油性劑劑量，防銹劑劑量和乳化液濃度為三因素，安排了三因素三水平四球摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了軋制實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。用于測試軋制液的摩擦系數(shù)、磨斑直徑及P_B值的配套實(shí)驗(yàn)儀器為MR-S10A型四球摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)，其軸向?qū)嶒?yàn)力40-10000 N，主軸轉(zhuǎn)速范圍200～2000 r/min無級可調(diào)。按照國標(biāo)GB 12583-1998和行標(biāo)SH/T 0189-92對乳化液進(jìn)行測試。

由正交分析并結(jié)合之前進(jìn)行的基礎(chǔ)工作可知，優(yōu)化前乳化液組分為油性劑劑量15%，防銹劑不添加，乳化液濃度5%，調(diào)整配方后，摩擦系數(shù)從優(yōu)化前的0.0817降至現(xiàn)在的0.0773，磨斑直徑從0.711mm降至0.671 H1H1，P_B值從956 N升至1015 N，說明乳化液成分的調(diào)整有助于提升其摩擦學(xué)性能和極壓性能。

（1）油性劑的影響：在9%～11%區(qū)間內(nèi)，隨著油性劑劑量的下降，摩擦系數(shù)略有下降，但變化基本可以忽略，因此可以認(rèn)為油性劑劑量在此區(qū)間內(nèi)對摩擦系數(shù)無影響；磨斑直徑隨油性劑劑量的減小，先上升，后小幅下降；P_B值則先大幅上升，后回歸至比初始值略小的位置，前后相差3個(gè)等級。

（2）防銹劑劑量的影響：改變防銹劑劑量時(shí)，摩擦系數(shù)的變化幅度最大，防銹劑劑量為3%時(shí)，摩擦系數(shù)最小，為2%時(shí)次之，為4%時(shí)最大；磨斑直徑先不變，后下降；P_B值則隨防銹劑劑量的增加呈不斷上升趨勢，但極差在三因素之中最小，因此防銹劑劑量并非影響JP_B值的主要影響因素，這從機(jī)理上也可推斷得出。

（3）乳化液濃度的影響：乳化液濃度對三項(xiàng)指標(biāo)的影響在三因素中處于較高水平，提高乳化液的濃度時(shí)，摩擦系數(shù)先大幅上升，后小幅下降，極差可達(dá)0.0061，磨斑直徑則不斷減小，P_B值不斷增大。

綜上所述，三因素對摩擦系數(shù)的影響大小依次為：防銹劑劑量>乳化液濃度>油性劑劑量；對磨斑直徑的影響依次為：乳化液濃度>防銹劑劑量>油性劑劑量；對P_B值的影響依次為：油性劑劑量>乳化液濃度>防銹劑劑量；對綜合性能的影響則為：乳化液濃度>防銹劑劑量>油性劑劑量。

傳統(tǒng)認(rèn)為，油性劑是決定摩擦系數(shù)的主要因素，而此處出現(xiàn)了反常，究其原因，是由于油性劑和防銹劑二者在鋼板表面是吸附競爭關(guān)系，如果防銹劑極性高會(huì)優(yōu)先吸附，鋼板表面防銹劑的含量可能會(huì)高。而油性劑劑量達(dá)到9%后，鋼板表面已經(jīng)達(dá)到飽和吸附狀態(tài)，多余的油性劑分子游離在乳液中，并不能起到潤滑作用，因此防銹劑劑量為摩擦系數(shù)的首要影響因素。

參照國內(nèi)幾大鋼鐵企業(yè)的使用要求，P_B值應(yīng)不小于588 N，本配方乳化液最低P_B值為883 N，超出標(biāo)準(zhǔn)50.2%，因此極壓性能優(yōu)異。綜合評定乳化液性能，油性劑劑量為10%，防銹劑劑量為4%，乳化液濃度為5%時(shí)，綜合摩擦學(xué)性能較高。若實(shí)際使用時(shí)對乳化液性能要求并不苛刻，亦可適當(dāng)降低乳化液濃度，以節(jié)約成本。

2 軋制潤滑效果分析

為測試乳化液配方優(yōu)化前后在實(shí)際軋制中的應(yīng)用效果，選擇250 mm×70 mm×1.07 mm的退火態(tài)Q235鋼進(jìn)行實(shí)際軋制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備為Φ95mm×200 mm×200 mm的四輥可逆軋機(jī)，輥速為50 r/min。軋制前，先用石油醚清洗軋輥，再用丙酮擦拭，最后用醫(yī)用棉擦干。軋制時(shí)，將乳化液等量噴射到軋輥和軋件表面，在每道次輥縫調(diào)節(jié)相同的情況下，測定使用不同乳化液軋制時(shí)帶鋼每道次的軋后厚度，以確定乳化液的冷軋潤滑效果。每塊板共軋7道次，其中第6和第7道次軋輥處于壓靠狀態(tài)。

軋后各道次厚度變化如圖1所示，使用乳化液潤滑后，板帶軋后的質(zhì)量明顯優(yōu)于無潤滑狀態(tài)，道次壓下量增大，末道次厚度減小，且表面粗糙度較低，見表2。軋后表面光潔度較好，邊部浪形較少，且尾部較規(guī)則，無花臉、黑斑、乳化液印等缺陷，清潔表面后放置一個(gè)月無生銹現(xiàn)象。通過表2中極差分析可知：在九組乳化液中，油性劑劑量為10%，防銹劑劑量為2%，乳化液濃度為5%時(shí)，乳化液性能最好，末道次厚度最低，板形和板面質(zhì)量也較高。