普碳鋼冷軋軋制液的研制與工藝適配性研究

張衛(wèi)衛(wèi)

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800）

冷軋對(duì)于鋼材形狀的改變是連續(xù)冷變形，能夠使鋼材的強(qiáng)度與硬度上升，適合簡(jiǎn)單變形的零件加工。鋼材經(jīng)過冷軋技術(shù)操作后，力學(xué)性能得到了提升，改善了鋼鐵由于澆注問題而形成的氣泡，有利于工業(yè)生產(chǎn)的使用。在普碳鋼冷軋操作中，加入軋制液能夠潤滑鋼材的邊際，保證其體系穩(wěn)定。在使用軋制液時(shí)要注意溫度、濃度以及皂化值對(duì)其性能的影響，溫度過低會(huì)造成軋制液產(chǎn)生細(xì)菌，影響其潤滑作用的發(fā)揮；軋制液的濃度在冷軋操作時(shí)一個(gè)非常重要的指標(biāo)，過多或過少都會(huì)產(chǎn)生軋機(jī)共振的現(xiàn)象，容易造成鋼材劃傷。由于每臺(tái)軋機(jī)的軋制液都需要進(jìn)行特殊配制，因此在研制普碳鋼冷軋軋制液時(shí)，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照相關(guān)要求操作，保證其使用性能，為冷軋技術(shù)提供支持。

1 冷軋軋制液的使用指標(biāo)與作用

1.1 冷軋軋制液的使用指標(biāo)

冷軋軋制液是由基礎(chǔ)潤滑油、油性劑、乳化劑和防銹劑、抗磨劑以及抗泡劑組成的，除碳添加劑能夠改善軋制液的退火性能，降低退火后殘?zhí)康奶砑觿?。在軋制液使用前，技術(shù)人員要注意幾個(gè)使用指標(biāo)，能夠更好的提高軋制液的潤滑效果。第一個(gè)指標(biāo)是皂化值，皂化值是反映軋制液中脂肪酸的含量，皂化值越高，潤滑效果就越好。第二個(gè)是穩(wěn)定性，根據(jù)穩(wěn)定性的不同還可以將軋制液分為穩(wěn)態(tài)乳化液、半穩(wěn)態(tài)乳化液和非穩(wěn)態(tài)乳化液三種狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)乳化液的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的退火清潔性，不用清洗直接退火也沒問題；半穩(wěn)態(tài)乳化液的優(yōu)點(diǎn)是潤滑性能比較好，但是它的清潔效果一般，在退火之前需要經(jīng)過脫脂清洗；非穩(wěn)態(tài)乳化液的性能是最好的，但是要注意在使用過程中要不斷的攪拌并且注意溫度變化。軋制液的使用指標(biāo)還包括氯離子、鐵粉含量和PH值，在冷軋生產(chǎn)過程中，技術(shù)人員要定期對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，保證設(shè)備的正常使用，提升潤滑效果。

1.2 冷軋軋制液的作用

冷軋軋制液的主要作用是降低鋼材變形區(qū)的摩擦系數(shù)，保證冷軋過程中的穩(wěn)定性，提高普碳鋼的質(zhì)量。其次是能夠起到冷卻的作用，帶走冷軋過程中的熱量，減少磨損。軋制液還能在鋼材的表面上形成一層油膜，降低鋼材生銹的概率。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，普碳鋼在冷軋操作中使用軋制液能夠降低鋼材的消耗，減少鋼材表面的磨損，提高成材率，而且還能降低冷卻水的消耗，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有一定的影響。

圖1 冷軋操作過程中的普碳鋼

2 普碳鋼冷軋軋制液的研制要求

技術(shù)人員根據(jù)軋制液的組成成分，選擇合適的添加物，尤其是添加劑的選擇，合適的添加劑能夠充分保證軋制液的性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，軋制液的主要成分以及配比如下表：

表1 軋制液主要成分及配比表

2.1 基礎(chǔ)油和油性劑

技術(shù)人員在選擇基礎(chǔ)油時(shí)主要需要考慮的是它的清潔性能，因此它的殘?zhí)恐挡荒苓^高，根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明石蠟中的殘?zhí)苛勘容^低，是最合適的基礎(chǔ)油選項(xiàng)。油性劑關(guān)系到軋制液的潤滑作用，因此它的選擇十分重要，實(shí)驗(yàn)表明合成酯是比較合適的選擇，因?yàn)樗目寡趸阅芘c抗水解性能更好，是發(fā)展速度最快也是被應(yīng)用最多的油性劑，它的潤滑效果比其他的材料要好。

2.2 抗磨劑和防銹劑

隨著技術(shù)水平的不斷提高，冷軋操作的速度也在不斷提升，導(dǎo)致鋼材變形的概率越來越大，成品的厚度越來越薄，如果軋制液中沒有添加抗磨劑，則會(huì)導(dǎo)致軋制的成品質(zhì)量不合格，不符合生產(chǎn)要求。目前技術(shù)人員采用比較多的抗磨劑是有機(jī)硫化物和磷化物，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)與實(shí)際操作的證明，軋制液中添加有機(jī)硫化物和磷化物能夠使其抗磨性能更好。冷軋操作過程中溫度會(huì)產(chǎn)生變化，鋼材表面會(huì)與空氣中的氧氣接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，容易造成鋼材出現(xiàn)化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象，因此軋制液中必須加入防銹劑。防銹劑能夠在軋制過程中使油水分離，油會(huì)依附在鋼材表面，避免其出現(xiàn)生銹的問題，技術(shù)人員為了保證退火工作的順利進(jìn)行，一般都選用無灰的防銹劑。

2.3 表面活性劑和消泡劑

表面活性劑的作用很廣泛，可以起到乳化、防銹、潤滑等效果。傳統(tǒng)的表面活性劑對(duì)油粒子的保護(hù)程度比較弱，對(duì)冷軋效果有一定影響，而且在冷軋過程中會(huì)產(chǎn)生大量的鐵粉，如果鐵粉處理不好的話，會(huì)影響鋼材的退火效果。技術(shù)人員在研制新的表面活性劑時(shí)，在傳統(tǒng)的表面活性劑中加入了醚類活性劑進(jìn)行再次使用，發(fā)現(xiàn)新的活性劑在處理鐵粉的方面與保護(hù)油粒子的效果都非常不錯(cuò)。新的表面活性劑種類很多，技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。軋制液在使用過程中會(huì)噴到鋼材表面，產(chǎn)生大量的泡沫，因此在配制軋制液的過程中，必須加入一定的消泡劑，減少泡沫的產(chǎn)生。

3 普碳鋼冷軋軋制液研制的主要工藝

3.1 軋制液的研制工藝

第一步是加料，現(xiàn)將油性劑溶于基礎(chǔ)油當(dāng)中，然后根據(jù)難溶到易溶的順序進(jìn)行添加，在添加的過程中要不斷的攪拌，直至完全融合以后結(jié)束。在融合攪拌的過程中不可以溫度過高，以免出現(xiàn)添加劑分解的情況。

第二步是保證乳化效果，乳化過程中要增加油和水的界面，因此攪拌過程和溫度是需要特殊注意的。技術(shù)人員通常使用攪拌裝置，以便于提高其穩(wěn)定性。在乳化過程中適當(dāng)?shù)募尤胍恍┸浰⒉粩鄶嚢?，使其效果更加均勻，顆粒更加細(xì)致，保證軋制液的使用效果。

第三步是加入添加劑，例如防銹劑、抗磨劑、抗氧劑等。在加入過程中可以添加一定比例的碳酸鈉和亞硝酸鈉，提高其性能。添加劑加入完成后需要對(duì)軋制液的pH值進(jìn)行調(diào)整，通常使用碳酸鈉來提高pH值，用油酸來降低pH值。

第四步是稀釋軋制液，稀釋軋制液時(shí)一定要注意不能用硬水進(jìn)行稀釋，硬水中含有一些硫酸鈣、硫酸鎂等鹽類，會(huì)與鈉皂產(chǎn)生反應(yīng)，對(duì)軋制液的性能有一定的影響。如果沒有軟水，可以在硬水中加入少量的碳酸鈉進(jìn)行軟化，也能提高軋制液的清洗性。

3.2 軋制液研制工藝的注意事項(xiàng)

首先在研制工藝上要考慮添加的兩種業(yè)態(tài)的密度和界面張力要小，連續(xù)相的粘度相對(duì)高一些，油和水的分界面需要具有一定的機(jī)械韌性。其次在配制過程中要選擇硬度比較小的軟水進(jìn)行添加，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作。在加入其他添加劑時(shí)要注意其對(duì)軋制液潤滑性能的影響，保證軋制液的使用效果。

4 普碳鋼冷軋軋制液研制主要工藝適配性分析

在配制軋制液的過程中有很多因素影響著軋制液的使用效果，因此技術(shù)人員在配制軋制液前，要了解主要影響因素，對(duì)其進(jìn)行合理控制與優(yōu)化，提高軋制液的使用性能，延長其使用壽命。

4.1 pH值

技術(shù)人員為了驗(yàn)證pH值對(duì)軋制液的影響，做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，從pH值4.0開始逐漸增加，一直到pH為8.0左右，發(fā)現(xiàn)pH為4.0時(shí)，平均粒徑是最大的，隨著pH值的增加，粒徑逐漸減小。然后測(cè)試pH值對(duì)潤滑性的影響，在溫度恒定的情況下進(jìn)行反復(fù)的摩擦實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明pH值在4.8到6.9期間潤滑性是最穩(wěn)定的。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論證明pH值對(duì)軋制液的穩(wěn)定性有一定的影響，軋制液的穩(wěn)定性隨著pH值的變化而變化，pH值越高其穩(wěn)定性越高，但是潤滑性會(huì)降低，影響冷軋效果，pH值越低，相對(duì)穩(wěn)定性就越低，影響軋制液的使用效果。在配制軋制液時(shí)要保持pH值為弱酸性，最佳范圍為5.0到6.5之間。

4.2 電導(dǎo)率

技術(shù)人員在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率對(duì)軋制液的使用性能有一定的影響，為了判斷其具體的影響效果，采取了單片實(shí)驗(yàn)的方法，研究電導(dǎo)率對(duì)防銹效果的影響。實(shí)驗(yàn)中將電導(dǎo)率從100開始增加，增加間隔為100，最高600為止，實(shí)驗(yàn)表面隨著電導(dǎo)率的增加，鋼材片的生銹級(jí)別從A級(jí)發(fā)展到D級(jí)，防銹功能逐漸變差。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論證明隨著電導(dǎo)率逐漸上升，防銹功能會(huì)逐漸降低，電導(dǎo)率大于400以后，就會(huì)影響軋制液的正常使用，在實(shí)驗(yàn)過程中技術(shù)人員還發(fā)現(xiàn)如果pH值和電導(dǎo)率同時(shí)上升則說明有堿性物質(zhì)進(jìn)入軋制液中。在實(shí)際工作中，操作人員要定期對(duì)軋制液的電導(dǎo)率進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率大于400后要及時(shí)更換軋制液，保證冷軋效果。

4.3 濃度

由于冷軋材料和工藝的不同，使用的濃度也不同，因此無法具體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。因此技術(shù)人員對(duì)不同材料與工藝的操作記錄進(jìn)行整理與分析發(fā)現(xiàn)，軋制液的濃度如果過低會(huì)出現(xiàn)潤滑效果不好的情況，導(dǎo)致鋼材的表面清潔度差等問題。軋制液的濃度不斷提升，水展著性也在不斷在增強(qiáng)，對(duì)潤滑性也有所改變。但是濃度不是越高越好，過高的濃度對(duì)潤滑效果沒有影響，反而會(huì)導(dǎo)致鋼材表面殘留過高，經(jīng)濟(jì)性能過差。技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，采用最低的濃度即可，一般為百分之一到百分之五左右。

5 結(jié)語

冷軋技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中是非常普遍的一個(gè)操作，為了保證其操作效果，技術(shù)人員對(duì)冷軋軋制液進(jìn)行了研究分析，發(fā)現(xiàn)軋制液的使用對(duì)冷軋操作有一定的好處。軋制液的使用需要根據(jù)不同的冷軋工藝與材料進(jìn)行配制，因此技術(shù)人員對(duì)其配制要求與工藝進(jìn)行了分析，采用最佳的配比并嚴(yán)格按照配制工藝進(jìn)行，保證其使用效果與使用壽命。企業(yè)要重視軋制液的配制與使用，提高冷軋操作的工作效率，為工業(yè)發(fā)展作出一定的貢獻(xiàn)。