高性能不銹鋼冷軋軋制油的研制：Ⅱ 性能測試*

李朝圣 孫 明 陳育祥 李茂生 李穩(wěn)新

(1.廣州科盧斯流體科技有限公司,廣東省傳動潤滑流體工程技術(shù)研究中心 廣東廣州 510700；2.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院 廣東廣州 510006)

軋制潤滑油是精品鋼鐵冷軋過程使用的關(guān)鍵精細化工產(chǎn)品，對軋制效果和鋼材產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的影響[1-3]。軋制潤滑油是在高速連續(xù)變化的軋制區(qū)形成一定強度的油膜，隔離工作輥與板帶，起到邊界潤滑作用；同時也吸收二者間產(chǎn)生的變形熱，起到及時冷卻作用。如果軋制潤滑油潤滑不足，即油膜強度不夠，在較大軋制力下油膜破裂，工作輥可能與板面直接接觸，摩擦增大，產(chǎn)生熱量增加；如果軋制潤滑油不能起到及時冷卻作用，不能及時帶走熱量，工作輥溫度將升高并產(chǎn)生變形，導(dǎo)致軋出板帶板形差、表面粗糙，而且工作輥自身產(chǎn)生熱疲勞，磨損加大。因此，不銹鋼軋制要求軋制油具有良好的潤滑性、冷卻性[4-6]。與進口同類產(chǎn)品相比，國產(chǎn)軋制潤滑油的質(zhì)量還存在一定差距，例如板面光潔度不足，退火清凈性差，使用壽命短，使用中油煙大等。因此，研究高效優(yōu)質(zhì)的冷軋潤滑油具有重要的研究意義[7-10]。

在前期研究中[11]，本文作者從基礎(chǔ)油的種類、添加劑成分(如抗氧劑、油性劑、抗磨劑等)等方面考察了系列高性能不銹鋼冷軋軋制油，并篩選出了最佳配方體系。在文獻[11]研究的基礎(chǔ)上，文中進一步對配方進行了優(yōu)化，考察了最佳配方產(chǎn)品的揮發(fā)性、冷卻性、滲透性和退火清凈性等性能，并考察了現(xiàn)場應(yīng)用效果，得到了一款性能優(yōu)異的不銹鋼冷軋軋制潤滑油。

1 試驗部分

1.1 試劑與儀器

試驗用加氫石蠟油、抗氧劑E4710、甘油酯、磷化物抗磨劑等原料都來自于市場采購，使用時并未做任何提純處理。

主要儀器有：A1200型自動表面張力測定儀，得利特(北京)科技有限公司生產(chǎn)；JSR1104運動黏度測定儀，湖南津市市石油化工儀器有限公司生產(chǎn)；MM-200型磨損試驗機，MRS-10A型四球摩擦磨損試驗機；冷卻性能測試儀，南京航達熱加工材料研究所生產(chǎn)；STA409PC熱重差熱分析儀，德國耐馳生產(chǎn)；DHG-9070A鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒生產(chǎn)。

1.2 性能測試

文獻[11]篩選出的不銹鋼冷軋軋制潤滑油的最佳配方體系：基礎(chǔ)油為中海加氫石蠟油，抗氧劑為E4710，油性劑為甘油酯，抗磨劑為磷化物?；谠撆浞街苽淞瞬讳P鋼冷軋軋制潤滑油(下文簡稱為F5)，并測試其揮發(fā)性、冷卻性、滲透性、退火清凈性。

揮發(fā)性采用鼓風(fēng)干燥箱，測試條件為：150 ℃,鼓風(fēng)，放置4 h，揮發(fā)皿直徑60 mm。

冷卻性測試采用冷卻性能測試儀來表征，試驗條件：測試油樣體積為1 000 mL，溫度為40 ℃，探頭的測試溫度為850 ℃。

軋制油的滲透性(即潤濕性)通過油品的表面張力來表征，因為油品的表面張力越小，其潤濕性越好，滲透性越快。

退火清凈性采用熱重分析曲線來表征，熱重分析的試驗條件：氮氣保護，升溫速率3 ℃/min，終點溫度1 000 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 揮發(fā)性考察

為模擬不銹鋼軋制油在軋制板帶時的揮發(fā)性，將試驗溫度控制在150 ℃，鼓風(fēng)，放置4 h。表1給出了文中制備的軋制油F5的性能，并與同類進口產(chǎn)品揮發(fā)性進行對比?？芍?，同等試驗條件下，軋制油F5的揮發(fā)量明顯大于某進口軋制油。油品單位時間內(nèi)揮發(fā)量大，將導(dǎo)致現(xiàn)場軋制不銹鋼時出現(xiàn)較多油霧，可能影響操作人員的觀察或引起安全問題。為此，在F5配方中分別添加油霧揮發(fā)抑制劑PA與PB后，測試其揮發(fā)性，結(jié)果見表1?？芍砑右种苿㏄A與PB后，油品的揮發(fā)率明顯降低，尤其加了PB后，揮發(fā)率降低了6.6%，與同類進口產(chǎn)品相當(dāng)。

表1 添加揮發(fā)抑制劑對油樣揮發(fā)性的影響

2.2 冷卻性考察

由于不銹鋼軋制過程處于高溫高壓下，對軋制油性能要求很高，不僅要具有良好的潤滑性，而且要具有優(yōu)異的冷卻性，能及時帶走軋制區(qū)產(chǎn)生的大量熱，降低軋輥的溫度，避免軋輥熱疲勞或變形。截止目前，軋制油冷卻性的測試方法還沒有國家標準，文獻報道也不多見。由于軋制油的工作過程很像工件的淬火過程，因此，文中提出采用冷卻曲線測試儀來測試軋制油的冷卻性。具體試驗結(jié)果如表2和圖1所示。

表2 不同配方體系的冷卻性

由表2和圖1可知，相對于某進口軋制油，配方F5的最大冷速略優(yōu)于進口軋制油，但最大冷速所在溫度為498.5 ℃，比進口軋制油的550.7 ℃低很多，說明軋制油F5高溫階段冷卻速度比進口軋制油相差較大，而軋制油F5低溫區(qū)間的冷卻速度優(yōu)于進口軋制油。但不銹鋼軋制要求軋制油在高溫階段具有更快的冷卻速度，快速降低軋輥和工作區(qū)的溫度。為了提高高溫冷卻性能，向配方中加入冷卻介質(zhì)制備了油樣F5+PB和F5+PA。經(jīng)測試冷卻曲線可知，添加PA后，產(chǎn)品的冷卻性能提高不大，仍遜于進口產(chǎn)品，而添加PB后產(chǎn)品F5+PB最大冷卻速度與F5相當(dāng)，但高溫階段的冷卻速度顯著提高，而且明顯優(yōu)于進口軋制油，低溫階段的冷卻速度也稍優(yōu)于進口軋制油。

圖1 不同配方體系的冷卻曲線Fig 1 The cooling curves of different products(a)F5;(b)F5+PB;(c)F5+PA;(d)imported product

2.3 滲透性(即潤濕性)考察

為了使軋制油在高速軋制過程中能及時擴散到軋制區(qū)域，并及時帶走產(chǎn)生的熱量，需要軋制油具備優(yōu)異的滲透性和冷卻性。不同配方的潤濕性能見表3。

表3 不同配方體系潤濕性

由表3可知，軋制油F5的表面張力最小，其次為F5+PB，進口軋制油的表面張力最大。油品的表面張力越小，其潤濕性越好，滲透性越快。因此，表3結(jié)果說明軋制油F5和F5+PB的滲透性均好于進口軋制油，其中F5的滲透性最好。

2.4 退火清凈性考察

軋制油不僅要滿足不銹鋼軋制工藝對潤滑、冷卻、潤濕、安全的要求，而且同時要滿足后序的退火清凈性要求，保證板面無殘?zhí)己蜕遊2]。采用熱重分析曲線來表征油樣退火清凈性，配方F5、F5+PB、進口軋制油熱重分析試驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見，進口軋制油完全分解溫度在446 ℃，而F5、F5+PB完全分解溫度分別在378、377 ℃，說明F5與F5+PB的完全分解溫度明顯低于進口產(chǎn)品，證明了F5、F5+PB退火清凈性明顯優(yōu)于前者。因此，文中制備的油品完全能滿足現(xiàn)場板帶在1 000 ℃左右高溫爐的退火清凈性的要求。

圖2 不同樣品的熱重分析曲線Fig 2 TG curves of different products (a)imported product;(b)F5;(c)F5+PB

2.5 現(xiàn)場應(yīng)用效果考察

將文中制備的F5、F5+PB軋制油以及進口軋制油用于現(xiàn)場，進一步考察各軋制油各方面性能。軋制油對現(xiàn)場不銹鋼軋制工藝的具體影響見表4。

表4 不同配方體系對軋制工藝的影響

由表4可見，與進口軋制油相比， 自研產(chǎn)品F5的軋制力下降，軋制道次減少，油煙減少，斷帶頻率減少，最小可軋厚度變薄，油溫降低， F5的軋制效果與進口軋制油的相當(dāng)，只有中間道次的油煙比進口軋制油的多。而F5+PB的現(xiàn)場軋制效果如軋制力、軋制道次、斷帶頻率、最小可軋厚度、油溫等均與F5與進口軋制油的相當(dāng)，但相對于F5，軋制各道次的油煙明顯減少，尤其中間道次，與進口軋制油產(chǎn)生的油煙量相當(dāng)，而且噸鋼油耗與進口軋制油的也相當(dāng)。

3 結(jié)論

對研制的高性能不銹鋼冷軋軋制油的性能進行測試，基于進口軋制油的性能指標，對其配方進行了完善，研發(fā)產(chǎn)品的揮發(fā)性低、冷卻性好，具有優(yōu)異的滲透性和退火清凈性，各項性能指標接近或者優(yōu)于進口同類產(chǎn)品。經(jīng)過綜合測試，研制的軋制油完全能滿足不銹鋼軋制苛刻工藝的要求。