CO-1冷轧铜带乳化液与轧制润滑效果.pdf

第6 l 卷第4 期 2009 年11 月 有色金 属 N o n f e r r o u 8M e t M s V o L6 1 ．N o ．4 N o v e m b e r ．2009 C O 一1 冷轧铜带乳化液与轧制润滑效果 蔡文通，孙建林，张军，王录，王士庭，王一助 北京科技大学材料科学与工程学院，北京10 0 0 8 3 摘要选择合适的基础油、乳化剂、极压剂、抗磨剂、防锈剂等添加剂，研制适用于冷轧铜带所需的C O ．1 冷轧乳化液，应用 于冷轧铜带生产。研究C O ．1 乳化液在铜带冷轧时，对轧制压力．最小可轧厚度和轧后的铜带表面质量的影响。结果表明，采用乳 化液可以明显提高压下率并降低轧制压力，并且乳化液在轧制力大的情况下润滑效果更为明显，同时稳定地改善了铜带轧后表面 质量。 关键词金属材料；乳化液；冷轧；铜带；润滑 中图分类号T G l 4 6 ．1 1 ；T G 3 3 3 ．7 2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 9 0 4 0 0 4 3 0 4 铜及铜合金轧制摩擦、润滑一直是世界各国铜 加工厂关注和深入研究的重要课题。铜合金轧制的 润滑剂对延长轧锟使用寿命、改善表面质量、提高生 产效率有举足轻重的意义⋯，特别是符合当前有色 金属企业清洁生产，节能降耗，可循环利用的现代工 业生产要求。。 由于铜带轧制用油的配方和生产工艺性极强， 其技术受到各国政府和企业的严格保密一1 。我国 铜及铜合金轧制油研制工作起步较晚，发展较缓慢， 绝大多数铜及铜合金轧制还在使用价格昂贵的进口 油H 】。为了满足冷轧铜带的时，对润滑油的生产需 求。根据铜带材质、厚度、轧制速度、表面质量要 求等，研制了以复合基础油，复配油性剂、乳化剂和 添加剂的乳化液 代号为C O - l 乳化液 ，并用于冷 轧铜带试验。主要对自行配制的C O 一1 乳化液的 轧制润滑效果进行了深入的研究，进一步说明乳化 液在铜带冷轧过程中的重要作用。 1乳化液的配制 1 ．1 基础油和添加剂的选择 从润滑的效果和成本考虑，使用的基础油主要 有机械油，动、植物油。乳化剂包括阴离子型和非离 子型。添加剂有油性剂、极压剂、防锈剂、消泡剂等。 1 ．2 乳化油的配制及其稳定性 乳化液的稳定性对铜带冷轧过程有重要的影 响，为了改善乳化剂的稳定性，需要合理的调节复合 乳化剂H L B 值。使用的基础油是混合油，乳化剂为 阴离子型和非离子型的复合乳化剂。根据亲水亲油 平衡理论“ “1 ，调节乳化剂的H L B 值，配制适合混 合油乳化的乳化剂。乳化剂的H L B 值可按公式 1 计算，式中1 0 一乳化剂的质量百分比；H L B 一乳化 剂的H L B 值。 H L B H L B 。∞。 H L B ∞ ／ ∞。 ∞6 1 根据复合基础油被乳化所需的H L B 值，调配的 C O 一1 乳化油中乳化剂的H L B 值为1 1 ．0 6 ，总量为 1 9 ％。经实验发现，影响非离子乳化液稳定性的主 要因素是乳化剂的H L B 值，其次是乳化剂总量。 H L B 值不仅影响乳化油的稳定性，而且对乳化液析 油和析皂也有很大影响。表l 对比了乳化液C O - 1 和国外商品级乳化液S O - 1 的析油析皂情况。 表1 乳化液析油析皂量 T a b l e1 Q u a n t i t yo fo i la n ds o a ps e e p a g ef r o me m u l s i o n s 兰霎昙詈篓篡嚣基余瓷助项目。，2 2 0 0 9 A A 0 3 2 3 3 9冷轧润滑试验结果与分析I 基金项目国家自然科学基金资助项目 7 7 叶。一仆I 峨诎≯。_ 7 『＼叫- 刀伊 作者简介蔡兰雪 9 7 1 ．一．’雹篓要芝竺 全。苎主苎孝要从事 2 ．1 浓度对润滑性能的影响 金属轧制过程中摩擦、润滑与磨损等方面的研究。 。。。。 ’’ 乳化液的浓度是使用过程中的一个重要参数， 万方数据 有色金属 第6 1 卷 对乳化液充分发挥其润滑性能有重要的意义。在轧 制时，不同的品种乳化油有不同的适中值。为此，对 C O ．1 和S O 一1 乳化液的浓度和摩擦系数之间的关系 进行了研究。在摩擦实验机上进行，摩擦副为钢一 铜。图1 为乳化液的浓度与摩擦系数的关系。 在无润滑时，测得摩擦系数为0 ．1 8 。显然，使 用了乳化液后摩擦系数比无润滑的摩擦系数明显降 低。由图1 可以看出，C O - 1 乳化液和S O 一1 乳化液 随着浓度的变化，摩擦系数的变化趋势相同。在浓 度比较低时摩擦系数比较大，随着浓度逐渐升高，摩 擦系数随之变小，然而，并不是浓度越高，摩擦系数 越小。当浓度越高时，乳化液中的油相越多，其导热 性越差，致使轧辊受热膨胀，压下量变大，摩擦增加。 因此，使用乳化液时，并非浓度越高越好，而是要根 据机组及轧制规程的要求，将乳化液配置成最为适 中的浓度。使用的C O ．1 冷轧乳化液，使用浓度在 4 ％一6 ％比较合适，此时，乳化液的吸附性好，且摩 擦系数最小。 瓤 垛 赣 髓 浓度，％ 图l不同浓度乳化液作用下的摩擦系数 F i g ．1 F r i c t i o nc o e f f i c i e n to fe m u l s i o n sa t d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n 2 ．2 不同润滑条件对轧制力能参数影响 冷轧在 9 5 m m ／2 0 0 m m 2 0 0 m m 四辊冷轧实验 轧机上进行，轧机功率3 5 k W ，轧制速度为6 0 r ／m i n 。 所用铜带是某铜带厂生产的0 ．9 5 m m 厚的铜带。轧 制中采用5 ％浓度的自配C O 一1 乳化液和国外某商 品级S O 一1 乳化液。轧制时，将乳化液喷射到轧辊和 轧件表面，在每道次辊缝调节相同的情况下，测定使 用不同乳化液轧制时，铜带每道次的轧制压力和轧 制扭矩，结果见图2 。 在其他条件一定的条件下，随着压下量的增加， 单位压力也相应增加，接触弧长增大，轧辊对轧件的 总压力也相应增加，同时轧制扭矩也随之增大。从 图2 发现，采用润滑时，在相同压下率下，单位轧制 压力和轧制扭矩比无润滑状态下明显降低。采用 C O 一1 乳化液时，单位轧制压力和轧制扭矩都是最 低。与没有采用工艺润滑相比，使用C O 1 乳化液 的轧制使单位轧制压力和轧制扭矩分别平均降低 2 7 ．8 5 ％和3 0 ．1 6 ％。采用轧制工艺润滑，可以有效 地降低和控制轧制过程中的摩擦，进而达到降低轧 制过程的力能参数的目的。 压下率 攀 壁 苗 高 盖 互 ● 冬 图2 单位轧制压力和轧制扭矩随压下率的变化 一单位轧制力；⋯轧制扭矩 F i g ．2C h a n g e so fr o i l i n gf o r c ea n dr o i l i n gp o w e rw i t h t h er e d u c t i o nu n d e rd i f f e r e n tr a t i oo fr e d u c t i o n 2 ．3 不同润滑状态下的最小可轧厚度 图3 为在 9 5 m m ／2 0 0 m m 2 0 0 m m 四辊冷轧实 验轧机上，采用无润滑、C O - 1 乳化液润滑和S 0 一l 乳 化液润滑下的轧制润滑特征曲线。 l 、 越 碴 也 霹 { 曙 骠 轧制道次 图3三种润滑条件下的轧制润滑特征曲线 F i g ．3 R o l l e dc h a r a c t e rc u r v ei nt h r e e L u b r i c a t i o nc o n d i t i o n s 由S t o n e 最小可轧厚度理论知，在其他条件一 定的情况下，最小可轧厚度只与变形区摩擦系数有 关‘。因此，最小可轧厚度能够较好地反映轧制变 形区的摩擦系数的大小。从图3 看出，随着轧制过 程的进行，铜带的厚度逐渐减薄。无润滑条件时，最 小可轧厚度为0 ．0 4 5 m m 。在使用国外商品级s 0 一l 万方数据 第4 期蔡文通等C O ．1 冷轧铜带乳化液与轧制润滑效果 4 5 乳化液润滑时，最小可轧厚度为0 ．0 3 5 r a m ，而在使 用C O 一1 乳化液润滑状态下，最小可轧厚度为 0 ．0 2 5 m m 。结合图1 一图3 发现，轧制润滑特征曲 线都有一个共同的特征就是随着轧制的进行，不同 润滑条件下的轧制厚度的变化差异越来越大。这是 因为随着压下量的增加，铜带的加工硬化作用变大， 轧制压力也随之增大，轧辊弹跳增加，此时乳化液的 润滑作用表现的更加明显。可见使用轧制工艺润滑 能够有效地减少压下道次数量，缩短轧制过程，从而 提高作业效率。 2 ．4 铜带冷轧后表面质量分析 将 9 5 m m ／2 0 0 m m 2 0 0 m m 四辊冷轧实验轧机 上轧制后的轧件经丙酮脱脂，清洗干净后在L E I C A D M A 电子显微镜上观察原始表面形貌和不同冷轧 条件轧后最后一道次铜带表面形貌，如图4 所示。 a 一铜带原始表面； b 一无润滑冷轧 e 总 9 6 ．7 ％ 表面； c 一S O ．1 冷轧 8 总 9 7 。I ％ 表面； d 一C O 一1 冷轧 s 总 9 7 ．3 ％ 表面 图4 原始表面和不同冷轧条件轧后最后一道次铜带表面 F i g ．4O r i g i n a ls u r f a c ea n dc o p p e rs u r f a c ea tl a s tr o l l i n gp r o c e s sw i t hd i f f e r e n tl u b r i c a t i o n s 图5 不使用轧制润滑油 F i g ．5 W i t h o u tr o l l i n gl u b r i c a t i o n 轧制方向均为由上向下。比较图4 可以明显看到干 轧时，由于没有润滑，轧锟与铜带表面直接接触，这 样导致轧锟粘铜，辊面如图5 所示铜带表面出现粘 附摩擦1 ，铜带轧后表面质量差。相反，使用了乳 化液时，乳化液在轧辊表面和铜带表面之间形成一 层油膜，使两摩擦表面不直接接触，因此摩擦系数 小，从而降低了轧辊工作表面的磨损，辊面如图6 所 示，铜带轧后表面质量得到了有效的改善。特别是 使用C O 一1 乳化液轧制的铜带，原始表面上的许多 小划痕得到焊合，较深的“犁沟”也不再连续而出现 闭合，轧制痕整齐，清晰一1 。在宏观上观察，表面非 常平整，深黄色光泽。 3结论 在冷轧铜带时，使用合理的轧制工艺润滑，可以 有效地降低和控制轧制过程中的摩擦，进而降低轧 制过程的力能参数，缩短轧制过程，从而提高作业效 率。所研制的C O ．1 冷轧乳化液，吸附性好，且摩擦 图6 使用轧制润滑油 系数小。用于铜带轧制后，铜带轧后表面质量得到 F i g 6 W i t hr o l l i n gl u b r i c a t i o n 有效的改善，表面光亮平整。浓度为6 ％的C O ．1 乳 图4 a 为无润滑时轧后铜带表面形貌，而图4 化油进行工业轧制，润滑效果良好，可以达到节能降 b 和图4 c 为采用乳化液时轧后铜带表面形貌。 耗，清洁生产，提高产品质量的工业生产要求。 万方数据 4 6 有色金属第6 l 卷 参考文献 [ 1 ] 李积彬．铜合金轧制摩擦、润滑及摩擦化学研究[ M ] ．北京冶金工艺出版社，1 9 9 9 1 5 ． [ 2 ] 孙建林，段双霞．轧钢工艺润滑技术及应用[ c ] ／／赵民革．继往开来创新发展．北京冶金工业出版社，2 0 0 7 4 5 l 一4 5 5 ． [ 3 ] 王佑荣，谢有红，胡献国．H 6 8 黄铜热轧润滑油的研究及应用[ J ] ．润滑与密封，2 0 0 5 ， 5 1 3 9 1 4 2 ． [ 4 ] 马育体，张青蔚．铜及铜合金轧制油的研制[ J ] ．润滑油，2 0 0 1 ， 2 3 6 3 8 ． [ 5 ] H0B ．E l e e t r o k i n e t i es t u d i e so ne m u l s i o n ss t a b i l i z e db yi o n i cs u r f a c t a n t s t h ee e t r o a e o u s t o p h o r e t i eb e h a v i o u ra n de s t i m a t i o no f D a v i e s7 H L Bi n c r e m e n t s [ J ] ．J o u r n a lo fC o l l o i da n dI n t e r f a c eS c i e n c e ，1 9 9 8 ，1 9 8 2 2 4 9 2 6 0 ． [ 6 ] S c h u l zPC ，M o y aS ．S t u d yo ft h er e q u i r e dH L Bf o rt h es o l u b i l i z a t i o no fc h o l e s t e r o li na q u e o u ss o l u t i o n [ J ] ．C o l l o i da n dP o l y m e r S c i e n c e 。1 9 9 8 。2 7 6 1 8 7 9 1 ． [ 7 ] 孙建林，吴晓东，康永林，等．铝板带轧制油中添加剂的综合评价与实验研究[ J ] ．润滑与密封，2 0 0 4 ， 2 5 8 ． [ 8 ] 孙建林．轧制工艺润滑原理技术与应用[ M ] ．北京冶金工艺出版社，2 0 0 4 5 7 ． [ 9 ] 于旭光．纳米M o S 的摩擦学特性[ J ] ．有色金属，2 0 0 6 ，5 8 4 7 8 ． C O - 1C o l dR o l l i n gE m u l s i o nO i lf o rC o p p e rS h e e ta n dL u b r i c a t i o nP e r f o r m a n c e C A IW e n - t o n g ，S U NJ i a n Z i n ，Z H A N GJ u n ，W A N GL u ，W A N GS h i 。t i n g ，W A N GY i 。z h u S c h o o lo f M a t e r i a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，U n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e 彬n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t An o v e le m u l s i o n C O 一1 f o rc o p p e rs h e e tc o l dr o l l i n gi s p r e p a r e db yo p t i m a ls e l e c t i o no ft h ec o m p o n e n t so f e m u l s i o n ，s u c ha sb a s eo i l ，e m u l s i f y i n ga g e n t ，e x t r e m e - p r e s s u r ea g e n t ，a n t i w e a ra g e n t ，a n t i - r u s ta g e n ta n do t h e r a d d i t i v e s ，a n da p p l i e dt oc o p p e rs h e e tc o l dr o l l i n gp r o d u c t i o n ．T h ee f f e c t o fe m u l s i o na n dl u b r i c a t e dc o n d i t i o n so n t h er o l l i n gf o r c e ，t h em i np o s s i b l er o l l e dt h i c k n e s so ft h es h e e ta n dt h es u r f a c eq u a l i t yo ft h ec o p p e rs h e e tc o l d r o l l e dw i t ht h eC O - 1e m u l s i o na r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h er a t i oo fr e d u c t i o no fc o p p e rs h e e ti s i n c r e a s e do b v i o u s l ya n dt h er o l l i n gf o r c ei sd e c r e a s e dw i t ha p p l i c a t i o no ft h eC O 一1e m u l s i o n ．T h el u b r i c a t i o ne f f e c t i sb e t t e rw h i l et h er o l l i n gf o r c ei sh i g h e r ，a n dt h ef i n es u r f a c eq u a l i t yo fr o l l e dc o p p e rs h e e t si sa c h i e v e dw h e nt h e C O li su s e di nt h ec o l dr o l l e do ft h es h e e t s ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；e m u l s i o n s ；c o l dr o l l i n g ；c o p p e rs h e e t ；l u b r i c a t i o n 万方数据