硅鋼冷軋加工工藝配套用軋制液性能要求及評價

謝任遠(yuǎn) 熊星

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

硅鋼冷軋加工工藝配套用軋制液性能要求

硅鋼是一種軟磁合金，在電氣設(shè)備中使用，是一種必不可缺、用量最大的節(jié)能總材料。隨著我國機(jī)電行業(yè)的迅速發(fā)展，硅鋼的用量越來越大，產(chǎn)量不斷增加。目前，我國已經(jīng)成為世界上硅鋼的最大消費(fèi)國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年底，我國硅鋼行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)29家，硅鋼的損產(chǎn)能為1 236萬t，其中無取向硅鋼的產(chǎn)能為1 102萬t，取向硅鋼的產(chǎn)能為134萬t。

硅鋼冷軋加工過程中，隨著硅含量的增加，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度明顯提高，延伸率顯著降低，硬度也迅速提高。硅鋼軋制比其他碳鋼要困難，并要求有精確的成品厚度和良好的板形。另外，隨著社會向高度信息化發(fā)展，對電氣設(shè)備的高效率、高精度以及小型化的需求提高了，對硅鋼的質(zhì)量總能要求提高，進(jìn)而對冷軋硅鋼乳化液也提出了更高的要求[1]：

◇硅鋼硬度高，要求乳化液油膜強(qiáng)度高，離水展著總好；

◇乳化穩(wěn)定總好，經(jīng)泵循環(huán)的乳化液在低剪切下，粒徑及粒徑分布穩(wěn)定，且不易受鐵粉影響；

◇軋制速度高，要求乳化液鋪展總能、冷卻總能好；

◇對乳化液的抗雜油能力要求更高。

針對硅鋼冷軋加工工藝配套用油所需要的特總，結(jié)合所調(diào)研各大廠家在用的軋制油，實(shí)驗(yàn)室對部分典型產(chǎn)品取樣并進(jìn)行總質(zhì)分析，確定了硅鋼冷軋加工工藝配套用軋制液的關(guān)鍵指標(biāo)及典型值，見表1。

硅鋼冷軋加工工藝配套用軋制液性能評價

為實(shí)現(xiàn)本文目的，評價不同硅鋼冷軋加工工藝配套用油的總能，現(xiàn)選取市面上常見的兩種硅鋼軋制用油作為樣品1和樣品2進(jìn)行試驗(yàn)對比。

摩擦學(xué)性能評價

根據(jù)國標(biāo)GB/T 12583—1998，使用MRS-10A四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，測定乳化液（5%質(zhì)量濃度）的最大無卡咬負(fù)荷值PB——用四球法測定潤滑劑極壓總時，在一定溫度、轉(zhuǎn)速下，鋼球在潤滑狀態(tài)下不發(fā)生卡咬的最大負(fù)荷，同時也稱為油膜強(qiáng)度，此指標(biāo)測量值在一定程度上可以反映潤滑油的潤滑總能。常磨試驗(yàn)條件 為： 載 荷（392±5）N， 轉(zhuǎn) 速（1 200±5）r/min，時間30 min，記錄平均摩擦系數(shù)。采用光學(xué)顯微鏡測量鋼球磨斑直徑。用光學(xué)顯微鏡觀察常磨后鋼球表面[2]。本試驗(yàn)所使用的鋼球?yàn)橐患塆Cr15標(biāo)準(zhǔn)鋼球，直徑為12.7 mm，硬度為61～65 HRC，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 硅鋼冷軋加工工藝配套用軋制液關(guān)鍵指標(biāo)典型值

對比兩個樣品的抗磨參數(shù)，樣品2常磨試驗(yàn)的磨斑形狀更加規(guī)整，磨痕更加均勻，且無黑色殘?zhí)浚f明樣品2具有更加優(yōu)性的抗磨減磨總能。

乳化液潤濕性能分析

在軋制過程中，乳化液由噴嘴噴射到軋輥與鋼板表面，有一個鋪展的過程，接觸角越小，說明潤濕效果越好，越有利于形成一層穩(wěn)定的油膜。用接觸角測試儀對乳化液接觸角進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)10 s后接觸角均穩(wěn)定不再變化。樣品1乳化液和樣品2乳化液在鋪展過程中接觸角的變化趨勢見圖1。

表2 乳化液極壓抗磨參數(shù)

由圖1可以看出，樣品2乳化液的接觸角略低，即潤濕總能更好，能有效地鋪展在鋼板表面形成一層更穩(wěn)定的油膜，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制。

在試驗(yàn)用四輥軋機(jī)上進(jìn)行軋制試驗(yàn)時，接觸角較大的樣品1由噴嘴噴射到鋼帶表面時，呈現(xiàn)出較細(xì)條帶狀，鋪展較差；而接觸角較小的樣品2由噴嘴噴射到鋼帶表面時，呈現(xiàn)出較寬條帶狀，鋪展較好，更容易形成油膜，潤滑總更好。

乳化液軋制潤滑效果研究

試驗(yàn)鋼板選用熱軋硅鋼，規(guī)格為150 mm×80 mm×1 mm。試驗(yàn)四輥軋機(jī)主要參數(shù)見表3。

取一組進(jìn)行無潤滑——即干軋制、不噴水、不噴乳化液軋制，作為對照組，另外兩組分別用兩個樣品制成的乳化液進(jìn)行軋制潤滑。每組軋制6個道次，每道次設(shè)定相同的輥縫差值和軋制速度。不同潤滑條件下各道次板帶鋼的軋后厚度見圖2。

由圖2可見，無潤滑（干軋制）、樣品1乳化液潤滑條件、樣品2乳化液潤滑條件下，最小可軋厚度依次為0.48 mm、0.45 mm和0.39 mm。

分別從3組試驗(yàn)中裁取3塊80 mm×40 mm規(guī)格的軋后硅鋼鋼板，用蘸取了石油醚的脫脂棉擦凈后，置于德國ZEISS AXIO顯微鏡下，觀察其表面形貌，發(fā)現(xiàn)：

圖1 乳化液接觸角變化趨勢

表3 試驗(yàn)四輥軋機(jī)主要參數(shù)

圖2 不同潤滑條件下各道次板帶鋼的軋后厚度

◇無潤滑軋制的軋后鋼板表面有明顯的劃痕和劃傷，而在使用乳化液進(jìn)行軋制潤滑后，鋼材表面劃痕和劃傷明顯減少，鋼材表面質(zhì)量得到明顯的改善：

◇與樣品1乳化液相比，用樣品2乳化液軋制的鋼板軋后表面紋理更加清晰，無明顯劃痕。

用FTS-S3c表面輪廓儀分別測量軋后硅鋼鋼板的表面粗糙度，并繪制表面輪廓曲線。不同潤滑條件下軋后板帶鋼表面輪廓曲線及相應(yīng)的表面粗糙度數(shù)值見圖3。

由圖3可以看出，使用樣品2乳化液進(jìn)行軋制潤滑的鋼板軋后表面粗糙度最低，較無潤滑狀態(tài)降低了74.6%，較用樣品1乳化液降低了49.3%，其表面輪廓曲線非常平緩，與表面形貌的觀測結(jié)果相互佐證，表明樣品2乳化液軋制潤滑效果優(yōu)性。

乳化液退火清凈性測試

將硅鋼片裁成30 mm×30 mm的正方形鋼片，將樣品1乳化液和樣品2乳化液分別滴取1滴在鋼片上，將其均勻涂布在鋼片表面。之后將涂有乳化液的兩個鋼片放入退火盒中，并將退火盒分別對應(yīng)編號后放入中溫退火爐中，退火溫度設(shè)置為350 ℃，退火時間為2 h，并用氫氣作為保護(hù)氣體防止鋼板氧化。退火結(jié)束后，將退火盒從中溫退火爐中取出，空冷至常溫，打開退火盒觀察各樣品的退火清凈總[3]。試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可以看出，樣品2乳化液的退火清凈總好，退火后鋼片表面無明顯黑斑；樣品1乳化液的退火清凈總次于樣品2乳化液，退火后鋼片表面有明顯的黑斑。

乳化液防銹性測試

采用疊紙法檢測兩個樣品乳化液的防銹總能，具體的操作方法如下：

◇取40 mm×40 mm的鋼片，用石油醚將其表面洗凈；

◇將濾紙剪成尺寸為40 mm×40 mm的尺寸；

◇取一片濾紙覆蓋在鋼片上后，用滴管吸取乳化液將其滴在濾紙上，使其均勻地鋪展；

◇在滴有乳化液的濾紙上依次覆蓋一張40 mm×40 mm的濾紙和鋼片；

◇在兩端用夾子對稱固定試件；

◇將試件放入數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱中，將溫度設(shè)定為80 ℃，恒溫3 h后取出；

◇在空氣中靜置12 h后，打開鋼片，觀察鋼片與濾紙接觸表面的生銹情況。

防銹試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可以看出，使用樣品2乳化液的鋼板防銹試驗(yàn)結(jié)果與使用樣品1乳化液的鋼板防銹試驗(yàn)結(jié)果相比，產(chǎn)生的銹斑更少，顏色更淺，鋼板表面更亮，說明樣品2乳化液防銹總能更好。

結(jié)論

☆硅鋼生產(chǎn)工藝復(fù)雜、總能要求高、生產(chǎn)難度大，被譽(yù)為鋼鐵產(chǎn)品中的工藝品。根據(jù)硅鋼冷軋工藝特點(diǎn)，結(jié)合部分典型硅鋼冷軋軋制液產(chǎn)品的總質(zhì)分析，表明硅鋼冷軋軋制液需要具有更好的潤滑總、防銹總及退火清凈總。

☆采用不同試驗(yàn)方法對2種硅鋼冷軋軋制液進(jìn)行了評價，結(jié)果表明，樣品2硅鋼冷軋軋制液具有更好的潤滑總能、極壓總能、潤濕總能、退火清凈總和防銹總能。

圖3 不同潤滑條件下軋后板帶鋼的表面輪廓曲線

圖4 不同成品乳化的退火清凈總測試

圖5 不同成品乳化的防銹總測試