材質(zhì)對軋制油潤滑性的影響研究

王康健 李云靜 姜正連 馬江波

摘要:采用了一種新型往復(fù)式摩擦磨損試驗機,對軋制油在不同材質(zhì)表面上的潤滑性進行了研究。實驗結(jié)果表明,材質(zhì)硬度對軋制油的潤滑性能有一定的影響:隨著材質(zhì)硬度的增加摩擦系數(shù)有所增加;在一定溫度范圍內(nèi),隨著溫度的升高,潤滑油在不同的材質(zhì)表面的摩擦系數(shù)均有所下降,且隨溫度的升高,材質(zhì)對摩擦系數(shù)的影響有所增加;對于不同材質(zhì),不同品種的軋制油的差異不同。對比不同軋制工藝的鍍錫板及汽車板,發(fā)現(xiàn)鍍錫板的摩擦系數(shù)略高于汽車板,說明在軋制規(guī)程和軋制油相同的情況下,鍍錫板軋制所需的潤滑比汽車板高,因此,鍍錫板軋制比汽車板軋制需要具有更高潤滑能力的軋制油。

關(guān)鍵詞:軋鋼;摩擦系數(shù);軋制油;潤滑性

中圖分類號:TE626.39 文獻標(biāo)識碼:A

Study on the Effect of Steel Strip Material on the Lubricity of Rolling Oil

WANG Kang-jian1, LI Yun-jing2, JIANG Zheng-lian1, MA Jiang-bo2

(1. Baoshan Iron & Steel Co.,Ltd, Shanghai 200941, China;2. Quaker Chemical (China) Co., Ltd, Shanghai 201700,China)

Abstract:The lubricity of rolling oil on the surfaces of different materials was studied with Reciprocating Lubrication Tester. The results showed that the material hardness has some effect on the lubricity of rolling oil: The friction coefficient increases with the hardness; Within a certain temperature range, all friction coefficients of the rolling oil on different material surfaces decrease as temperature increases, and the higher the temperature, the more effect the material on the friction coefficient; For different materials and different kinds of rolling oils, the effects are different as well. The tin-plate steel and sheet rolling steel obtained with different rolling processes were compared, it was found that the friction coefficient of tin-plate steel is higher than that of sheet rolling steel, indicating that the tin-plate rolling process needs more lubrication than the sheet rolling steel under the conditions of the same rolling process and rolling oil. So, the tin-plate rolling process needs a rolling oil with better lubricity compared to the sheet rolling steel process.

Key words:steel rolling; friction coefficient; rolling oil; lubricity

0 前言

鋼板的化學(xué)組分會影響其力學(xué)性能從而影響鋼板的摩擦學(xué)性能。鋼板表面的各類元素含量的多少,以及所處的價態(tài)、細微結(jié)構(gòu)都會影響到鋼板表面的力學(xué)性能,從而影響摩擦學(xué)性能。如,含碳量的增加會提升屈服強度、拉伸強度、硬度和脆性;錳含量的增加會提升硬度和強度,從而影響鋼板的摩擦學(xué)性能。摩擦表面的硬度和材質(zhì)對邊界潤滑的影響較大,基礎(chǔ)油的選擇對邊界潤滑的影響起著決定性的作用,潤滑添加劑對邊界潤滑的作用亦不可忽視。D.A. Rigney[1]研究了材料硬度對其摩擦磨損性能的影響,結(jié)果表明硬度對材料摩擦磨損性能的影響是十分復(fù)雜的,材料的硬度隨溫度、滑動速度以及化學(xué)環(huán)境的不同而有所變化,材料硬度的變化可以影響其摩擦磨損行為。摩擦條件對軋制過程具有多方面的影響。目前對摩擦條件的研究,最終都歸結(jié)為對摩擦系數(shù)的研究。摩擦系數(shù)的大小,與軋件和軋輥的化學(xué)成分與表面狀態(tài)、變形量、軋制速度和潤滑狀態(tài)等一系列因素有關(guān),因此,研究不同材質(zhì)對軋制油摩擦系數(shù)的影響是非常有意義的。

1 實驗儀器及實驗條件

儀器介紹:實驗所選的摩擦系數(shù)測定儀器為往復(fù)式摩擦磨損試驗機(RCP), 見圖1。該儀器是由Quaker公司與美國佐治亞大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的,用于測量邊界潤滑條件下的摩擦系數(shù)的儀器,該儀器的測試條件靈活,可以測定不同的載荷、壓力、溫度條件下的摩擦系數(shù),并且該儀器最大的優(yōu)勢在于可以任意變換摩擦副,其下試件可以取現(xiàn)場的鋼片,使得所測結(jié)果與現(xiàn)場有更好的對應(yīng)性。硬度測定儀器為:Future-tech micro hardness tester, FM-700;粗糙度測定儀:time tr200。

試驗條件:

速度:400 cm/min;

溫度:50 ℃,100 ℃,150 ℃;

載荷:19.6 N;

試驗樣品:兩種奎克公司商品軋制油。兩種軋制油是由相同的基礎(chǔ)油添加不同的添加劑組成軋制油A和軋制油B。

試驗鋼板:在RCP試驗中,可以選用不同的鋼板進行試驗。本試驗選擇寶鋼1420的幾種主要產(chǎn)品為試驗件,包括:

鍍錫板——T1.5, T2.5, T3, T4, T5;

汽車板——B方式308方向(B308),C方式308方向(C308) ,312方向IF鋼(IF312)。試驗用鋼板的化學(xué)組成及硬度見表1。

從表1可以看出:T1.5到T5鋼板硬度增加,而鋼板表面粗糙度差別不大;為了對比不同材質(zhì)對油品潤滑性的影響,選擇了幾種不同軋制方式的冷板對比,其中,B308是用光棍軋制的冷板,而C308是用毛輥軋制的冷板。

從T1到T5鋼板碳含量在不斷增加,而鋼板中的碳含量是決定鋼板硬度的主要指標(biāo),隨碳含量的增加鋼板的硬度在不斷增加,也就是說從T1到T5鋼板的硬度增加,且與上試件的硬度差在不斷減小,而根據(jù)我們所掌握的文獻可知:在給定的試驗條件下,材料的表面硬度是影響耐磨性的主要因素,硬度越高,材料的耐磨性能越好,而摩擦系數(shù)也就越大,軋制所需要的潤滑越大。

2 摩擦系數(shù)測量結(jié)果及討論

如圖2所示,在50 ℃下,油品A的摩擦系數(shù)均小于油品B;在如此溫度下,本實驗鋼板的化學(xué)組分對油品的潤滑性能影響不大;鍍錫板的摩擦系數(shù)略高于汽車板,說明在軋制規(guī)程和軋制乳化液相同的情況下,鍍錫板軋制所需的潤滑比汽車板高,因此,鍍錫板軋制比汽車板軋制需要具有更高潤滑能力的軋制乳化液。

對比不同方式軋制的308方向的冷板, 盡管B308是用光棍軋制的,表面粗糙度較C308低,但其摩擦系數(shù)反而較C308高。造成這種結(jié)果的原因可能是由于B308的硬度相對較高,而硬度相比于表面粗糙度對摩擦系數(shù)有著更大的影響。

如圖3所示,在100 ℃的試驗條件下下,摩擦系數(shù)的變化趨勢基本與50 ℃相同。同時,對比50 ℃的試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),隨著溫度的升高,A油品的摩擦系數(shù)減小較大,但B油品的區(qū)別不大。造成這種現(xiàn)象的原因是兩種油品中的活性成分不同,A油品的活性成分隨著溫度的升高在鋼板和鋼球表面的吸附能力增強,吸附油膜厚度增加,同時,隨著溫度的升高,摩擦化學(xué)反應(yīng)速度升高,摩擦化學(xué)反應(yīng)膜強度增加,兩者作用提高了油品的邊界潤滑能力。同樣的現(xiàn)象可見在150 ℃的試驗結(jié)果,見圖4。

隨著溫度的進一步升高,摩擦系數(shù)進一步減小,可以從以下兩個方面予以解釋:

(1)隨著溫度的升高,對物理吸附而言其吸附速率降低,脫附速率增高;對化學(xué)吸附而言,其吸附速率增加。隨溫度繼續(xù)升高,當(dāng)達到某臨界值時,化學(xué)脫附速率高于吸附速率,此時化學(xué)反應(yīng)膜開始形成,隨著溫度的升高,化學(xué)反應(yīng)速率大幅提高(溫度每升高10 ℃,化學(xué)反應(yīng)速率增加2~3倍),在邊界潤滑中逐步起主導(dǎo)作用,由于化學(xué)反應(yīng)膜與固體表面的作用力遠高于吸附膜且膜強度更高,其潤滑作用優(yōu)于吸附膜。因此,隨溫度升高,摩擦系數(shù)降低。

(2)溫度升高,粘度降低,表面張力也下降,潤滑油在輥縫中的潤濕性和鋪展性更好,更有利于在接觸表面形成均勻的油膜。

雖然升高摩擦副的接觸溫度有利于降低邊界潤滑的摩擦系數(shù),但是軋鋼過程中輥縫區(qū)中的鋼板是處于高溫、高壓及高速運動的狀態(tài)下,傳統(tǒng)理論認為[3],其所處的潤滑狀態(tài)為混合潤滑區(qū)(混合潤滑又稱部分流體潤滑,是一種處于邊界潤滑與流體動力潤滑之間的一種潤滑狀態(tài)), 軋鋼過程中的摩擦系數(shù)不單取決于邊界潤滑的摩擦系數(shù)同時也受到彈性流體潤滑摩擦系數(shù)的影響,應(yīng)綜合考慮邊界潤滑和彈性流體動力潤滑兩方面的因素。

3 結(jié)論

(1)材料的材質(zhì)影響著邊界潤滑摩擦系數(shù)。

(2)合理地選擇軋制油添加劑可以增加油品的適應(yīng)性。

(3)在對冷軋油品進行設(shè)計和選擇時,油品對所軋鋼板表面化學(xué)特性的適應(yīng)性是一個非常重要的指標(biāo)。選擇合適的軋制油可以提高油品的適應(yīng)性,從而在相同的條件下增加軋機的可軋性。

參考文獻:

[1] 王汝霖.潤滑劑摩擦化學(xué)[M].北京:中國石化出版社,1994.

[2] 趙振鐸.金屬塑性成形中的摩擦與潤滑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[3] 孫建林. 軋制工藝潤滑原理技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004.

收稿日期:2008-12-17。

作者簡介:王康健(1956-),男,高級技師,1979年畢業(yè)于上海冶金專科學(xué)校軋鋼專業(yè),現(xiàn)從事冷連軋技術(shù)工作,寶鋼股份公司技能專家,負責(zé)和參加的項目曾獲得過國家科技進步一等獎、冶金行業(yè)科技進步特等獎、上海市科技進步二等獎、寶鋼重大科技成果獎三等獎三次等,曾獲得過第十七屆國家發(fā)明展覽會金獎和第六屆國際發(fā)明展覽會金獎等等。