高性能不锈钢冷轧轧制油的研制：Ⅱ 性能测试*

李朝圣 孙 明 陈育祥 李茂生 李稳新

(1.广州科卢斯流体科技有限公司,广东省传动润滑流体工程技术研究中心 广东广州 510700；2.广东工业大学轻工化工学院 广东广州 510006)

轧制润滑油是精品钢铁冷轧过程使用的关键精细化工产品，对轧制效果和钢材产品质量具有重要的影响[1-3]。轧制润滑油是在高速连续变化的轧制区形成一定强度的油膜，隔离工作辊与板带，起到边界润滑作用；同时也吸收二者间产生的变形热，起到及时冷却作用。如果轧制润滑油润滑不足，即油膜强度不够，在较大轧制力下油膜破裂，工作辊可能与板面直接接触，摩擦增大，产生热量增加；如果轧制润滑油不能起到及时冷却作用，不能及时带走热量，工作辊温度将升高并产生变形，导致轧出板带板形差、表面粗糙，而且工作辊自身产生热疲劳，磨损加大。因此，不锈钢轧制要求轧制油具有良好的润滑性、冷却性[4-6]。与进口同类产品相比，国产轧制润滑油的质量还存在一定差距，例如板面光洁度不足，退火清净性差，使用寿命短，使用中油烟大等。因此，研究高效优质的冷轧润滑油具有重要的研究意义[7-10]。

在前期研究中[11]，本文作者从基础油的种类、添加剂成分(如抗氧剂、油性剂、抗磨剂等)等方面考察了系列高性能不锈钢冷轧轧制油，并筛选出了最佳配方体系。在文献[11]研究的基础上，文中进一步对配方进行了优化，考察了最佳配方产品的挥发性、冷却性、渗透性和退火清净性等性能，并考察了现场应用效果，得到了一款性能优异的不锈钢冷轧轧制润滑油。

1 试验部分

1.1 试剂与仪器

试验用加氢石蜡油、抗氧剂E4710、甘油酯、磷化物抗磨剂等原料都来自于市场采购，使用时并未做任何提纯处理。

主要仪器有：A1200型自动表面张力测定仪，得利特(北京)科技有限公司生产；JSR1104运动黏度测定仪，湖南津市市石油化工仪器有限公司生产；MM-200型磨损试验机，MRS-10A型四球摩擦磨损试验机；冷却性能测试仪，南京航达热加工材料研究所生产；STA409PC热重差热分析仪，德国耐驰生产；DHG-9070A鼓风干燥箱，上海一恒生产。

1.2 性能测试

文献[11]筛选出的不锈钢冷轧轧制润滑油的最佳配方体系：基础油为中海加氢石蜡油，抗氧剂为E4710，油性剂为甘油酯，抗磨剂为磷化物。基于该配方制备了不锈钢冷轧轧制润滑油(下文简称为F5)，并测试其挥发性、冷却性、渗透性、退火清净性。

挥发性采用鼓风干燥箱，测试条件为：150 ℃,鼓风，放置4 h，挥发皿直径60 mm。

冷却性测试采用冷却性能测试仪来表征，试验条件：测试油样体积为1 000 mL，温度为40 ℃，探头的测试温度为850 ℃。

轧制油的渗透性(即润湿性)通过油品的表面张力来表征，因为油品的表面张力越小，其润湿性越好，渗透性越快。

退火清净性采用热重分析曲线来表征，热重分析的试验条件：氮气保护，升温速率3 ℃/min，终点温度1 000 ℃。

2 结果与讨论

2.1 挥发性考察

为模拟不锈钢轧制油在轧制板带时的挥发性，将试验温度控制在150 ℃，鼓风，放置4 h。表1给出了文中制备的轧制油F5的性能，并与同类进口产品挥发性进行对比。可知，同等试验条件下，轧制油F5的挥发量明显大于某进口轧制油。油品单位时间内挥发量大，将导致现场轧制不锈钢时出现较多油雾，可能影响操作人员的观察或引起安全问题。为此，在F5配方中分别添加油雾挥发抑制剂PA与PB后，测试其挥发性，结果见表1。可知，添加抑制剂PA与PB后，油品的挥发率明显降低，尤其加了PB后，挥发率降低了6.6%，与同类进口产品相当。

表1 添加挥发抑制剂对油样挥发性的影响

2.2 冷却性考察

由于不锈钢轧制过程处于高温高压下，对轧制油性能要求很高，不仅要具有良好的润滑性，而且要具有优异的冷却性，能及时带走轧制区产生的大量热，降低轧辊的温度，避免轧辊热疲劳或变形。截止目前，轧制油冷却性的测试方法还没有国家标准，文献报道也不多见。由于轧制油的工作过程很像工件的淬火过程，因此，文中提出采用冷却曲线测试仪来测试轧制油的冷却性。具体试验结果如表2和图1所示。

表2 不同配方体系的冷却性

由表2和图1可知，相对于某进口轧制油，配方F5的最大冷速略优于进口轧制油，但最大冷速所在温度为498.5 ℃，比进口轧制油的550.7 ℃低很多，说明轧制油F5高温阶段冷却速度比进口轧制油相差较大，而轧制油F5低温区间的冷却速度优于进口轧制油。但不锈钢轧制要求轧制油在高温阶段具有更快的冷却速度，快速降低轧辊和工作区的温度。为了提高高温冷却性能，向配方中加入冷却介质制备了油样F5+PB和F5+PA。经测试冷却曲线可知，添加PA后，产品的冷却性能提高不大，仍逊于进口产品，而添加PB后产品F5+PB最大冷却速度与F5相当，但高温阶段的冷却速度显著提高，而且明显优于进口轧制油，低温阶段的冷却速度也稍优于进口轧制油。

图1 不同配方体系的冷却曲线Fig 1 The cooling curves of different products(a)F5;(b)F5+PB;(c)F5+PA;(d)imported product

2.3 渗透性(即润湿性)考察

为了使轧制油在高速轧制过程中能及时扩散到轧制区域，并及时带走产生的热量，需要轧制油具备优异的渗透性和冷却性。不同配方的润湿性能见表3。

表3 不同配方体系润湿性

由表3可知，轧制油F5的表面张力最小，其次为F5+PB，进口轧制油的表面张力最大。油品的表面张力越小，其润湿性越好，渗透性越快。因此，表3结果说明轧制油F5和F5+PB的渗透性均好于进口轧制油，其中F5的渗透性最好。

2.4 退火清净性考察

轧制油不仅要满足不锈钢轧制工艺对润滑、冷却、润湿、安全的要求，而且同时要满足后序的退火清净性要求，保证板面无残碳和色斑[2]。采用热重分析曲线来表征油样退火清净性，配方F5、F5+PB、进口轧制油热重分析试验结果如图2所示。

由图2可见，进口轧制油完全分解温度在446 ℃，而F5、F5+PB完全分解温度分别在378、377 ℃，说明F5与F5+PB的完全分解温度明显低于进口产品，证明了F5、F5+PB退火清净性明显优于前者。因此，文中制备的油品完全能满足现场板带在1 000 ℃左右高温炉的退火清净性的要求。

图2 不同样品的热重分析曲线Fig 2 TG curves of different products (a)imported product;(b)F5;(c)F5+PB

2.5 现场应用效果考察

将文中制备的F5、F5+PB轧制油以及进口轧制油用于现场，进一步考察各轧制油各方面性能。轧制油对现场不锈钢轧制工艺的具体影响见表4。

表4 不同配方体系对轧制工艺的影响

由表4可见，与进口轧制油相比， 自研产品F5的轧制力下降，轧制道次减少，油烟减少，断带频率减少，最小可轧厚度变薄，油温降低， F5的轧制效果与进口轧制油的相当，只有中间道次的油烟比进口轧制油的多。而F5+PB的现场轧制效果如轧制力、轧制道次、断带频率、最小可轧厚度、油温等均与F5与进口轧制油的相当，但相对于F5，轧制各道次的油烟明显减少，尤其中间道次，与进口轧制油产生的油烟量相当，而且吨钢油耗与进口轧制油的也相当。

3 结论

对研制的高性能不锈钢冷轧轧制油的性能进行测试，基于进口轧制油的性能指标，对其配方进行了完善，研发产品的挥发性低、冷却性好，具有优异的渗透性和退火清净性，各项性能指标接近或者优于进口同类产品。经过综合测试，研制的轧制油完全能满足不锈钢轧制苛刻工艺的要求。