銅鎳合金無縫管拉伸用不同工藝潤滑劑的性能對比與選擇

徐興莉，李文兵

（1.甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅 金昌 737100；2.金川集團精密銅材有限公司，甘肅 金昌 737100）

銅鎳合金具有耐海水腐蝕、耐海洋生物腐蝕及優良的焊接性能等優點，廣泛的應用于石油、化學、天然氣和能源工業、海洋工程等領域，隨著我國船舶制造業的快速發展，船舶管道用銅鎳合金無縫管使用量大增，隨著銅鎳合金無縫管拉伸用工藝潤滑劑的使用量也大增，而生產銅鎳合金無縫管拉伸用的工藝潤滑劑種類繁多，使用性能和使用效果不一。結合國內某銅鎳合金無縫管生產企業的拉伸工藝和生產實際，對拉伸用不同潤滑劑性能進行分析對比，結合工藝潤滑的機理，提出銅鎳合金不同拉伸過程中工藝潤滑劑的選擇與應用。

1 銅鎳合金拉伸過程工藝潤滑的作用

拉伸過程采用工藝潤滑劑主要是為了減小模具和金屬之間的有害摩擦系數[1]，降低拉伸過程中的摩擦力，進而降低拉伸過程中金屬變形的能量消耗，同時能對拉伸過程進行冷卻確，減少工模具磨損、延長工模具使用壽命，最終達到確保產品表面質量的作用。工藝潤滑劑應滿足以下要求：對模具和變形金屬表面有較強的黏附能力；有適當的黏度和較小的摩擦系數，既保證潤滑層有一定的厚度，又有較小的流動剪切應力，不損害模具和金屬表面的機械性能和化學性能。有適當的閃電及著火點，避免在拉伸過程中過快的揮發或高溫燒掉，喪失潤滑能力，且成分及性能穩定，對人體無毒副作用，便于運輸、使用、存儲、管理。

2 不同潤滑劑性能對比

國內銅鎳合金無縫管生產企業使用的潤滑劑大致分為：油性潤滑劑、乳化液以及膏狀固體潤滑劑，以油性潤滑劑和乳化液居多，大部分使用的為國內企業生產，少部分為進口。油性潤滑劑主要以添加了各種增粘劑、活性劑、極壓劑等各種添加劑的調和油為主，為經驗配方，潤滑油的混合比例和成分都不一樣；由礦物油、水和乳化劑構成的乳化液，即有礦物油的潤滑作用，又有水的冷卻作用，被應用于銅鎳合金無縫管的拉伸中。

2.1 實驗設備與材料

設備：500KN拉伸機。材料：同一批次無縫紫銅管材；同一批次銅鎳合金Φ108＊4mm無縫管材；拉力試驗潤滑劑選擇合成脂肪酸混合物、工程乳液、蓖麻油、自然甘性油、氯化石蠟、20號航空潤滑油、19號和20號壓縮機油與HJ機械油；對比試驗選擇1#DS-81銅伸管液，2#金屬成型油，3#銅管光亮潤滑劑，4#金屬拉拔粉，5#拉伸內膜油。

2.2 試驗過程

（1）將同一批次無縫紫銅管材，在500KN拉伸機上采用不同工藝潤滑劑：合成脂肪酸混合物、工程乳液、蓖麻油、自然甘性油、氯化石蠟、20號航空潤滑油、19號和20號壓縮機油與HJJI機械油做拉伸試驗，研究不同工藝潤滑劑對紫銅材拉伸力的關系。

（2）將同一批次銅鎳合金Φ108＊4mm無縫管材，在500KN拉伸機上采用不同銅鎳合金拉伸潤滑劑：1#DS-81銅伸管液、2#金屬成型油、3#銅管光亮潤滑劑、4#金屬拉拔粉與5#拉伸內膜油進行對比試驗，分析#DS-81銅伸管液、2#金屬成型油、3#銅管光亮潤滑劑、4#金屬拉拔粉與5#拉伸內膜油性能指標[2]。

（3）選用2#、3#以及4#工藝潤滑劑在同一臺500KN拉伸機上進行銅鎳合金Φ108＊4mm管材的拉伸，拉伸工藝一致且每道次的加工率分配一致，共拉伸5道次至Φ57＊2.5mm，分析不同潤滑劑每道次的拉伸力的變化趨勢及潤滑劑的性能指標對拉伸力與拉拔道次的影響。

2.3 試驗數據與結果分析

（1）在500KN拉伸機上，將同一批次無縫紫銅管材，用合成脂肪酸混合物、工程乳液、蓖麻油、自然甘性油、氯化石蠟、20號航空潤滑油、19號和20號壓縮機油與HJ機械油作潤滑油，進行拉伸試驗后得到不同工藝潤滑劑對銅管拉伸應力與道次延伸系數的關系如圖1所示：

用合成脂肪酸混合物作銅管潤滑油時拉伸力和道次延伸系數都較小；工程乳液、蓖麻油、自然甘性油、氯化石蠟作銅管潤滑油時拉伸力和道次延伸系數較大且數據接近；20號航空潤滑油、19號和20號壓縮機油與HJ機械油作潤滑油時銅管拉伸力和道次延伸系數很大，且不利于紫銅管材拉伸工藝。

（2）工藝潤滑劑的性能指標主要有：運動粘度、閃點、酸值、皂化值以及殘碳量，下面對國內某銅鎳合金無縫管生產企業所使用的工藝潤滑劑在性能指標上進行分析對比如下：

共收集5種銅鎳合金管拉伸用工藝潤滑劑，其中2種為油性潤滑劑、2種為固體潤滑劑、1種為乳化液。其性能指標如下表：

表1 收集工藝潤滑劑樣品性能指標

從表1得知，1#潤滑劑運動粘度低，拉伸過程中形成的油膜強度低，不適用于銅鎳合金拉伸；5#潤滑劑雖然運動粘度大，但殘碳量較高，無法滿足銅鎳合金成品退火后殘留物指標要求[3]。

（3）選用2#、3#以及4#工藝潤滑劑在同一臺500KN拉伸機上進行銅鎳合金Φ108＊4mm管材的拉伸，拉伸工藝一致且每道次的加工率分配一致，共拉伸5道次至Φ57＊2.5mm，不同潤滑劑每道次的拉伸力數據如下：

從圖2得知，剛開始拉伸時，由于管坯表面光潔度不高，3#潤滑劑的拉伸力最大，4#潤滑劑拉伸力最??；隨著拉伸道次的增多，管坯表面光潔度增大，同時表面潤滑劑的油膜還一直粘附，所以表現出隨著拉伸道次的增多拉伸力逐漸降低的趨勢。

3 結論

（1）銅鎳合金管由于獨特的加工特點決定了必須要有高品質、多功能的工藝潤滑劑與強化的金屬材料加工過程相適應，通過分析性能指標，本文中收集的2#、3#以及4#工藝潤滑劑能滿足銅鎳合金無縫管的拉伸。

（2）銅鎳合金管剛開始拉伸時，管坯表面光潔度不高，需選用粘度較大的工藝潤滑劑進行開坯；隨著拉伸道次的增多，管坯表面光潔度增大，管坯表面潤滑劑的油膜還一直粘附，后續道次可選用粘度較小工藝潤滑劑進行拉伸，以保證最終成品表面質量。