添加劑對鋁合金冷軋帶材表面質量及軋制工藝的影響

劉毅陳祚啟文建平張雨穎

(1.廣西南南鋁箔有限責任公司,廣西南寧 530031;2.大力神鋁業股份有限公司,江蘇丹陽 212300;3.廣西柳州銀海鋁業股份有限公司,廣西柳州 545001;4.西南交通大學,四川成都 610500)

添加劑對鋁合金冷軋帶材表面質量及軋制工藝的影響

劉毅1陳祚啟2文建平3張雨穎4

(1.廣西南南鋁箔有限責任公司,廣西南寧 530031;2.大力神鋁業股份有限公司,江蘇丹陽 212300;3.廣西柳州銀海鋁業股份有限公司,廣西柳州 545001;4.西南交通大學,四川成都 610500)

試驗研究了在工業化生產的條件下,添加劑的不同含量及種類對1100及5182鋁合金帶材冷軋后的表面質量、冷軋工藝,冷軋過程中軋制油品質、退火后的表面質量等的影響。及后筆者對對其中的每一個步驟進行了詳細的探討和深入的比較,上述最常見的實驗方法做了評估,并且對其中的重點步驟進行了詳盡地闡述。最終得出結論,添加劑對于鋁合金冷軋帶材表面質量及軋制工藝在不同條件下影響的具體現象和表現。

鋁合金 添加劑 軋制工藝 水波紋 表面質量

鋁合金帶材冷軋工藝潤滑油包含基礎油和添加劑。添加劑一般由受熱揮發性良好的高級脂肪酸、酯、醇按照一定的比例復合組成。添加劑的含量和種類對鋁合金冷軋帶材的產品質量、冷軋工藝具有很大的影響。已有的文獻對添加劑的研究大多在實驗室條件下進行，本文在大生產條件下，通過調整添加劑的含量和種類，研究其軋制1100及5182鋁合金后對帶材表面質量(表面鋁粉情況、退火后黃油斑情況)、軋制力、軋制油冒泡情況等的影響。

1 試驗材料和方法

試驗工藝流程為冷軋→清洗→中間退火。試驗方案見表1，A為一種不含酸的復合型添加劑。試驗材料為厚度小于1.0mm、寬度1280mm的1100與5182合金。試驗在運行效果良好的國產四輥不可逆冷軋機及不含氮氣保護的40噸箱式退火爐中進行。其余按照公司內控工藝標準控制。試驗后用肉眼觀察帶材表面質量，必要時拍照取證，并對生產過程進行詳細記錄。

2 試驗結果

試驗結果見表2及圖1-6。

表1 試驗方案

3 分析、比較和討論

(1)方案1中，采用5%A的添加劑冷軋1100與5182合金，前者質量良好，而后者出現軋制后表面嚴重水波紋缺陷(如圖3所示)及嚴重的表面鋁粉缺陷。這是因為在5%A的工藝潤滑條件下，完全滿足1100鋁合金的冷軋潤滑質量要求，但遠不能滿足5182鋁合金的冷軋潤滑質量要求，5182鋁合金變形抗拉大，軋制5182鋁合金時，軋制力遠大于1100鋁合金，導致軋制時油膜破裂，遂產生嚴重的水波紋[1]及鋁粉缺陷[2]。

(2)方案2與方案1相比，不管是軋制5182合金還是軋制1100合金，軋制力都下降；軋制5182時，水波紋缺陷得到了改善但并未完全消失(如圖4所示)，但是軋制1100合金時，卻出現了花紋缺陷(如圖1所示)。這是因為，方案2中，添加劑A的含量提高了3%，還適當添加了0. 02mgKOH/g十二酸，軋制油的潤滑介質增加，潤滑能力得到了增強，潤滑效果得到了改善，軋制力降低，使得油膜破裂的情形大幅度減少，但該狀態下仍然不能滿足軋制5182鋁合金的潤滑需求，使得軋制5182合金是仍然有輕微的水波紋及鋁粉缺陷。另外，該狀態下的軋制油潤滑能力，超過了軋制1100鋁合金潤滑需求，工作輥與鋁帶之間的油膜變厚，處于流體潤滑條件，遂產生了花紋缺陷。

表2 :試驗結果

(3)方案3與2相比，不管是軋制5182合金還是軋制1100合金，軋制力繼續下降；軋制5182時，水波紋缺陷完全消失(如圖5所示)；軋制1100合金時，帶材表面仍然存在花紋缺陷(如圖1所示)；這是因為方案3與方案2相比，大幅度增加了0.14mgKOH/g十二酸，軋制油的潤滑繼續增加，潤滑能力進一步增強，潤滑效果得到進一步改善，已經達到軋制5182鋁合金所需的潤滑要求，所以軋制5182鋁合金后，其表面的水波紋及鋁粉缺陷得到徹底消除；而對于軋制1100鋁合金而言，此時更加處于過潤滑階段，所以其表面仍然存在花紋缺陷。

(4)方案3與2相比，不管是軋制5182合金還是軋制1100合金，軋制時都出現了嚴重的軋制油冒泡缺陷(如圖6所示)，退火后均出現了邊部黃油斑缺陷(如圖2所示)。這是因為方案3中，大幅度增加了0.14mgKOH/g十二酸作用的緣故。同等碳鏈長度條件下，和醇、酯比較，酸中極性分子的極性及自由能最高，吸附在鋁帶表面的能力最強，與鋁帶表面行程的吸附膜最牢固。方案3比方案2大幅度增加了0.14mgKOH/g十二酸，使軋制油中的活性極性分子數量大幅度增加，在軋制時，這些活性極性分子與鋁粉、微量水、軋制油等發生復雜的反應，生成皂化物質。皂化物質的成分會降低軋制油中分子的表面張力，使軋制油在復雜的流動、運轉及沖擊過程中，加上空氣分子的進入，產生氣泡，由于軋制油中分子表面張力因為皂化物質的存在，降低了表面張力，氣泡生成的速度遠大于氣泡消亡的速度，使得泡沫難以破滅且越積越多，這就導致了軋制油的嚴重冒泡現象[3]。另外，軋制油中的十二酸類活性極性分子在軋制時，不容易被吹掃裝置吹掃去除鋁合金帶材表面；在清洗時，也不容易被清洗裝置清洗去除鋁合金帶材表面，這導致大量的極性非常強的十二酸類分子殘留在鋁合金帶材表面，被送入退火爐中進行中間退火。而在中間退火的升溫過程中，碳鏈較短，分子極性弱的組分優先蒸發和燃燒，最后剩下碳鏈較長、極性非常強的十二酸類分子在不完全燃燒的情況下，發生碳鏈的分解、氧化，造成鋁合金帶材表面被污染，形成黃色油斑[4]。

4 結語

(1)增加添加劑含量A及往添加劑中加入十二酸，均有助于提高軋制油的潤滑能力，改善或者消除軋制時產生的水波紋及鋁粉缺陷。(2)軋制1100鋁合金與軋制5182鋁合金，對冷軋軋制油的潤滑能力要求是不同的，前者要求低于后者。(3)當軋制油的潤滑能力大大超過所需的要求時，鋁合金帶材表面會產生花紋缺陷。(4)大幅度的在添加劑中加入十二酸，會導致冷軋是軋制油產生嚴重的冒泡現象，并且會導致冷軋后鋁合金帶材退火時表面產生黃油斑缺陷。

[1]陳國生.鋁薄帶“水波紋”缺陷的成因及其預防[J].輕合金加工技術,2005,(7):23-24.

[2]夏瑞昌.鋁及鋁合金帶材表面的鋁粉缺陷分析[J].輕合金加工技術,2004,(1):21-23.

[3]潘秋紅,王雷剛,董則防,黃瑤,萬寶偉,等.冷軋鋁板帶材軋制油起泡的原因及對策[J].潤滑與封裝,2008(12):98-91.

[4]白玉波.0.007mm鋁箔表面氧化和油斑缺陷的討論與分析[J].鋁加工,1998(2):17-21.

trials studied under conditions of industrial production, different amounts and types of additives on the surface quality of 1100 and 5182 aluminum alloy strip after cold rolling, cold rolling, cold rolling process oil quality after annealing surface quality of. And the author of them after each step in detail and in-depth discussion comparing the most common way to do an assessment of the experiment, and one of the key steps for a detailed exposition. Ultimately concluded that the performance of specific phenomena and additives for the aluminum alloy cold rolled strip surface quality and rolling processes under different conditions influence.

aluminum rolling process additives corrugated surface water quality

本論文的研究受到國家科技支撐計劃(編號:2012BAF09B04)和國際科技合作專項(編號:2011DFR50950)資助。