【CO-1冷轧铜带乳化液与轧制润滑效果】轧制乳化液

９３３２３０ＡＡ９００２２

第６ｌ卷第４期

２００

有

色金

Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕ８

属

ＶｏＬ６１．Ｎｏ．４Ｎｏｖｅｍｂｅｒ．２００９

９年１１月

ＭｅｔＭｓ

ＣＯ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，北京１０００８３）

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ＣＯ．１冷轧乳化液，应用

于冷轧铜带生产。研究ＣＯ．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：ＴＧｌ４６．１１；ＴＧ３３３．７２

文献标识码：Ａ文章编号：１００１—０２１１（２００９）０４—００４３—０４

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ＣＯ－ｌ乳化液），并用于冷轧铜带试验。主要对自行配制的ＣＯ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

响，为了改善乳化剂的稳定性，需要合理的调节复合乳化剂ＨＬＢ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ＨＬＢ值，配制适合混合油乳化的乳化剂。乳化剂的ＨＬＢ值可按公式（１）计算，式中：１０一乳化剂的质量百分比；ＨＬＢ一乳化剂的ＨＬＢ值。

ＨＬＢ＝（ＨＬＢ。×∞。＋ＨＬＢ＾×∞＾）／（∞。＋∞６）

（１）

根据复合基础油被乳化所需的ＨＬＢ值，调配的ＣＯ一１乳化油中乳化剂的ＨＬＢ值为１１．０６，总量为１９％。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ＨＬＢ值，其次是乳化剂总量。ＨＬＢ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ＣＯ－１和国外商品级乳化液ＳＯ－１的析油析皂情况。

表１乳化液析油析皂量

Ｔａｂｌｅ１

乳化液的配制

从润滑的效果和成本考虑，使用的基础油主要

Ｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｏｉｌａｎｄｓｏａｐ

ｓｅｅｐａｇｅ

ｆｒｏｍｅｍｕｌｓｉｏｎｓ

１．１基础油和添加剂的选择

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

兰霎昙詈：篓：篡嚣基余瓷助项目。

基金项目：国家自然科学基金资助项目（

冷轧润滑试验结果与分析Ｉ）７７叶。・一仆Ｉ峨诎≯。＿７『＼叫－刀伊，

２．１

作者简介：蔡兰雪！：９７１．一．’：雹・篓要芝竺！全・。苎主苎孝要从事金属轧制过程中摩擦、润滑与磨损等方面的研究。

浓度对润滑性能的影响

。。。。

’’

乳化液的浓度是使用过程中的一个重要参数，

有色金属

第６１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ＣＯ．１和ＳＯ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０．１８。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，ＣＯ－１乳化液和ＳＯ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ＣＯ．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

Ｆｉｇ．１

Ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｅｍｕｌｓｉｏｎｓａｔ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ

２．２不同润滑条件对轧制力能参数影响

冷轧在（９５ｍｍ／２００ｍｍ×２００ｍｍ四辊冷轧实验轧机上进行，轧机功率３５ｋＷ，轧制速度为６０ｒ／ｍｉｎ。所用铜带是某铜带厂生产的０．９５ｍｍ厚的铜带。轧制中采用５％浓度的自配ＣＯ一１乳化液和国外某商品级ＳＯ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ＣＯ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ＣＯ・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２７．８５％和３０．１６％。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。

攀壁苗高

盖

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●

冬

压下率

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）

Ｆｉｇ．２Ｃｈａｎｇｅｓｏｆｒｏｉｌｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｒｏｉｌｉｎｇｐｏｗｅｒ

ｗｉｔｈ

ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

ｒａｔｉｏ

ｏｆｒｅｄｕｃｔｉｏｎ

２．３不同润滑状态下的最小可轧厚度

图３为在（９５ｍｍ／２００ｍｍ×２００ｍｍ四辊冷轧实

验轧机上，采用无润滑、ＣＯ－１乳化液润滑和Ｓ０一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

Ｆｉｇ．３

Ｒｏｌｌｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒ

ｃｕｒｖｅ

ｉｎ

ｔｈｒｅｅ

Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ

由Ｓｔｏｎｅ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０．０４５ｍｍ。在使用国外商品级ｓ０一ｌ

第４期蔡文通等：ＣＯ．１冷轧铜带乳化液与轧制润滑效果

４５

乳化液润滑时，最小可轧厚度为０．０３５ｒａｍ，而在使用ＣＯ一１乳化液润滑状态下，最小可轧厚度为０．０２５ｍｍ。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（９５ｍｍ／２００ｍｍ×２００ｍｍ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ＬＥＩＣＡＤＭＡ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＝９６．７％）表面；（ｃ）一ＳＯ．１冷轧

（８总＝９７。Ｉ％）表面；（ｄ）一ＣＯ一１冷轧（ｓ总＝９７．３％）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

Ｆｉｇ．４

Ｏｒｉｇｉｎａｌｓｕｒｆａｃｅａｎｄ

ｃｏｐｐｅｒ

ｓｕｒｆａｃｅ

ａｔ

ｌａｓｔｒｏｌｌｉｎｇ

ｐｒｏｃｅｓｓ

ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎｓ

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

图５不使用轧制润滑油

Ｆｉｇ．５

使用ＣＯ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

Ｗｉｔｈｏｕｔｒｏｌｌｉｎｇｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ

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ＣＯ．１冷轧乳化液，吸附性好，且摩擦

图６使用轧制润滑油

Ｆｉｇ・６

系数小。用于铜带轧制后，铜带轧后表面质量得到有效的改善，表面光亮平整。浓度为６％的ＣＯ．１乳化油进行工业轧制，润滑效果良好，可以达到节能降耗，清洁生产，提高产品质量的工业生产要求。

Ｗｉｔｈｒｏｌｌｉｎｇｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ

图４（ａ）为无润滑时轧后铜带表面形貌，而图４（ｂ）和图４（ｃ）为采用乳化液时轧后铜带表面形貌。

４６

有色金属第６ｌ卷

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ＣＡＩＷｅｎ－ｔｏｎｇ，ＳＵＮＪｉａｎ—Ｚｉｎ，ＺＨＡＮＧ

Ｊｕｎ，ＷＡＮＧＬｕ，ＷＡＮＧＳｈｉ。ｔｉｎｇ，ＷＡＮＧＹｉ。ｚｈｕ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅ彬ｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ａ

ｎｏｖｅｌｅｍｕｌｓｉｏｎ（ＣＯ一１）ｆｏｒｃｏｐｐｅｒｓｈｅｅｔｃｏｌｄｒｏｌｌｉｎｇｉｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｏｐｔｉｍａｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆ

ａｓ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｔａｌｍａｔｅｒｉａｌ；ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ；ｃｏｌｄｒｏｌｌｉｎｇ；ｃｏｐｐｅｒｓｈｅｅｔ；ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ

CO-1冷轧铜带乳化液与轧制润滑效果

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

蔡文通， 孙建林， 张军， 王录， 王士庭， 王一助， CAI Wen-tong， SUN Jian-lin，ZHANG Jun， WANG Lu， WANG Shi-ting， WANG Yi-zhu北京科技大学,材料科学与工程学院,北京,100083有色金属

NONFERROUS METALS2009,61(4)1次

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引证文献(1条)

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