1、平整液综合评价实验研究张晓明 邸洪双 刘相华 王国栋摘要：采用平整轧制实验和理化性能指标的测试方法，对不同平整液的平整效果及性能指标进行了对比研究依据实验研究结果，得出了平整液的主要评价指标和综合评价方法关键词：冷轧；平整；平整液Experiment study on comprehensive evaluation of lubricant used in temper millZHANG Xiao-ming, DI Hong-shuang, LIU Xiang-hua, WANG Guo-dong(State Key Lab. of Rolling and Automation of No
2、rtheastern University, Shenyang 110006,China)Abstract:The effectiveness and property indexes of different kinds of lubricant were studied by temper and physical chemistry test. Based on the results, the main evaluation indexes and comprehensive evaluation method of lubricant were obtained.Keywords:c
3、old rolling; temper; lubricant1 前言平整是带钢经再结晶退火后以 0.3%3.0%的压下率所进行的冷精轧过程该工序在很大程度上决定了成品带钢的表面状态、板形、力学性能和工艺性能平整分为干平整和湿平整，与干平整相比，湿平整主要有以下优点：（1）可确保平整延伸率的实现；（2）可改善带钢表面的清洁状况，保持平整机及精整机组各辊面的清洁，避免因杂质压入，杂质粘着而产生辊痕等缺陷，方便了辊型调整；（3）平整后的带钢具有防锈效果，钢卷在仓库中短期保存不生锈；（4）减少了带钢与轧辊的磨损，因而可减少轧辊消耗，提高轧辊寿命在相同的平整条件下，可降低轧制力 30%40%湿平整具有诸
4、多干平整无法代替的优点，但是，由于我国自行研制的平整液在使用时存在诸多问题，因此目前使用的平整液多从国外进口，从而制约了湿平整在我国的应用为了提高带钢的防锈性并改善质量，平整液一般采用水溶性和油溶性的防锈剂作为基础配制而成而对于平整液而言，对防锈剂的主要性能指标的判定及性能上应有哪些新的要求，至今没有一个较好的评价指标和具体方法 q 为此 q 对几种平整液进行了平整轧制和理化性能指标测试，以国际上应用较好的美国公司的平整液的性能指标为基准，通过对比分析，研究了我国自行研制的平整液的各项指标，为进一步研究和选择合适的平整液提供了参考依据2 平整液评价实验研究2.1 实验内容实验分两部分，一部分是
5、平整轧制实验，目的是观察带钢在平整轧制后带钢表面的清洁状况，同时对比分析不同的平整液在平整轧制时的延伸率、摩擦系数、轧制力及张力的变化情况为了测定各平整液在相同压下率下对应的轧制力及张力，在平整轧制时，首先对轧辊的辊缝及张力进行调整，以保证平整的延伸率为 1%左右，然后在设定好的状态下分别对 3 种平整液以 10m/min 的速度进行平整轧制实验，同时在线对轧制速度、轧制力及前后张力等数字量进行监测，并通过计算机数据采集系统对数据进行采集平整时对带钢的上下表面及上下工作辊表面同时施加平整液，保证带钢和工作辊同时得到清洗和润滑另一部分是理化性能测试一般来说，平整液的配制主要沿用金属水基清洗剂、乳
6、化液及防锈切削液的配制方法，综合考虑各自的优缺点并考虑平整工艺的特殊性而进行所以，一般平整液由表面活性剂、防锈剂、助溶剂、消泡剂、润滑剂及软化水等组成本实验主要对平整液的外观、pH 值、防锈性、水中不溶物、稳定性、消泡性、腐蚀性、表面张力、粘度、密度、电导率、折射率、亚硝酸根含量等指标进行测项目参数值项目参数值试，结合平整轧制实验，分析研究各项理化性能指标应达到的要求2.2 原料实验采用了 3 种平整液，分别由美国奎克公司（以下称 2#样品）和我国的2 个研究单位（以下分别称为 1#、3 #样品）提供，平整液的配制采用重量百分比，配制平整液的最终浓度为 5%,平整液配制时采用的溶剂为工业用去离
7、子水，以防水中一些离子对平整液的不良影响平整轧制实验采用的原料是 Q215 普通碳素钢冷轧带，其尺寸为 1.0mm145mm2.3 实验设备及主要参数平整轧制实验是在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的 3 机架冷连轧机上进行的，轧机的主要技术参数如表 1 所示表 1 轧机的主要技术参数项目 参数值 项目 参数值工作辊尺寸/mm 110300 电机转速/r .min-1 04701400支撑辊尺寸/mm 320300 卷取张力/N 250020000最大轧制力/kN 1000 轧辊轴承 滚柱轴承最大轧制速度/m.min-1 180 传动方式 工作辊传动平整液的外观、pH 值、防锈性、水
8、中不溶物、稳定性、消泡性、腐蚀性、表面张力、粘度、密度、电导率、折射率等理化性能指标的测试，是参照JB4322-4323-86水基金属清洗剂及试验方法而进行的所采用的实验方法、设备及实验步骤均按该标准执行而对亚硝酸根含量仅进行了定性实验分析3 实验结果及分析3.1 平整轧制实验结果及分析实验研究表明，平整轧制时，轧辊和带材的每一交界面的接触弧更具有平面性质，而非圆柱表面性质，辊缝中心的有效摩擦系数比通常冷轧约大一个数量级，因此中性点相对靠近接触弧中心，平整轧制过程的效率明显下降据此，有人对单机架平整机提出了平整的单位轧制力模型：(1)式中， p为带材所需的最小轧制力/kN;h 0为入口带材厚度
9、/mm; 为压下量（用小数表示）； 为摩擦系数根据（1）式，利用割线法对摩擦系数进行计算，其结果如图 1 所示，图中所得延伸量数据的原始标距为 280mm由图 1 可见，在压下螺丝位置不变的情况下，3 种平整液平整时的摩擦系数从大到小的顺序为：2 #、3 #、1 #样品延伸率由大到小的排列顺序正相反由此可见，在其他条件不变的情况下，随着平整时摩擦系数的增大，带钢的延伸率减小，这说明平整液的润滑性能是影响延伸率的主要因素图 1 平整延伸量和摩擦系数的关系1-1#试样；2-2 #试样；3-3 #试样获得的轧制力及张力的数据波动范围从大到小的顺序为：1 #、3 #、2 #样品，与图 1 中平整延伸量
10、大小的波动顺序一致原因是由于随着平整液润滑性能的提高，其摩擦系数减小，使轧制力及张力值的波动加大，从而导致延伸率的波动增加认为摩擦系数越接近于平整轧制所需的最小值越好的看法与实际不符因为使用平整液后随着摩擦系数的减小，带钢延伸率的大小更难控制，板形控制难度也大，而且会引起随后工序中带钢出现打滑现象，所以在平整轧制时不希望将摩擦系数降得很低3.2 平整液理化性能指标测试结果及分析表 2 为平整液理化性能指标测试结果，表 3 为平整液防锈性能现场模拟实验结果下面综合平整轧制实验结果，分别对平整液的 pH 值、防锈性、水中不溶物、高温稳定性、消泡性、表面张力、亚硝酸根含量等进行分析：表 2 平整液理
11、化性能指标测试结果序号 测试项目 1#样品 2#样品 3#样品1 外观 均匀，无分层，无 沉淀，合格 均匀，无分层，无 沉淀，合格 均匀，无分层，无沉 淀，合格2 pH 值 10.0 10.0 10.5黄铜单片 3 点皆锈，不合格 3 点皆锈，不合格 合格黄铜叠片 合格 不合格 合格45 号钢单片 合格 合格 合格3防锈性45 号钢叠片 合格 合格 合格4 水中不溶物/mg 4.2,合格 5.1,合格 2.6，合格高温 合格 合格 10min 混浊，1h 出絮状物，不合格5 稳定性低温 合格 合格 合格6 消泡性/mm 14 0 67黄铜 外观 2 级腐蚀，合 格 外观 1 级腐蚀，合 格 外
12、观 1 级腐蚀，合格重量变化/mg 皆小于 1,合格 皆小于 1,合格 皆小于 0.7,合格45 号钢 外观 0 级腐蚀，合 格 外观 0 级腐蚀，合 格 外观 0 级腐蚀，合格7腐蚀性重量变化/mg 皆小于 0.5,合格 皆小于 0.5,合格 皆小于 0.5,合格8 电导率/ms .cm-1 2.6 2.32 0.339 折射率 1.3910 1.3795 1.356710 密度 1.080 1.072 0.99611 粘度/厘斯 4.25 3.09 2.5012 亚硝酸根含量 较大 微量 微量表 3 平整液防锈性能现场模拟实验结果锈 蚀 情 况存放天数1#试样 2#试样 3#试样7 未锈蚀
13、 未锈蚀 局部锈蚀12 局部轻微锈蚀 未锈蚀 锈蚀面积增大17 局部轻微锈蚀 未锈蚀 锈蚀严重，面积 增大（1）pH 值为了限制钢带的腐蚀，平整液应保持碱性，即应使 pH7,最好为 810，因为高的 pH 值对皮肤有刺激性另外，在使用水溶性缓蚀剂时应注意调节溶液的pH 值，否则达不到预期效果例如，亚硝酸钠在溶液处于微碱性时（pH=810），磷酸盐在 pH7.5 时才起到缓蚀作用基于上述考虑，从表 2 中平整液理化性能指标测试结果看，1 #q2 #样品的 pH 值为 10 较适宜，而 3#样品的 pH 值偏大（2）水中不溶物试验结果得出，三者水中不溶物的数量从小到大的顺序为：3 #、1 #、2
14、#样品如果水中不溶物不合格，平整时不溶解的固体物质可能沉积在钢带上，从而污染钢带表面从平整轧制时带钢表面的清洁状况来看，虽然 2#样品的水中不溶物值最高，但平整后的带钢表面清洁状况良好，而 1#、3 #样品的水中不溶物值虽低，但平整后的带钢表面却出现了斑迹这说明 3 种平整液的水中不溶物均合格，平整后带钢表面的斑迹是其它原因造成的（3）高温稳定性高温稳定性的试验主要是检验平整液在存放过程中耐酷热、耐寒冷的性能其试验结果，3 #样品经 10min 后变混浊，放置 1h 出现絮状物，说明这种平整液不利于储存，在环境发生变化时其性能会发生变化，从而影响平整带钢的质量而其余 2 个样品未出现异常（4）
15、防锈性平整液的防锈性能非常重要，应根据生产实际需要适当选择平整液的防锈性能表 2 示出，对 45 号钢的防锈试验结果三者均合格而从表 3 防锈性能现场模拟实验结果看出，三者的表现有所区别，2 #平整液的防锈效果最佳，存放17 天表面仍无锈蚀，仅在沿厚度方向，边部局部出现锈蚀现象而 3#样品防锈效果最差，存放 7 天后表面锈蚀较严重，锈蚀面积较大，局部出现条块状锈斑1#平整液在存放 12 天时，表面局部出现小圆点状的锈斑，数量很少因此在考虑平整液的防锈性能指标时不能按该标准执行，必须进行防锈性能现场模拟实验（5）消泡性消泡性测试结果：2 #最好，1 #次之，3 #较差经验表明，如果平整时泡沫较大
16、，会降低平整液的清洗能力，严重时在平整后会在带钢表面形成斑迹平整轧制实验时，3 种平整液表现不同经 2#平整液平整后的带钢，没有斑迹出现，表面清洁度好；而经 1#平整液平整后的带钢表面的两边有类似树状分布的其边界呈曲线的斑迹；经 3#平整液平整后的带钢表面局部出现圆圈状的斑迹产生这些现象的原因是平整液的消泡性能差，平整时产生泡沫，使带钢表面清洗不均匀，有泡沫出现的地方清洗能力降低，导致带钢表面出现圆圈斑迹因此在配制平整液时必须对消泡性能进行严格控制（6）亚硝酸根含量的测试结果及分析经定性检测，3 个样品中均含有亚硝酸根离子，但 2#、3 #样品含量较少，而 1#样品含量较大目前国内常用的水溶性
17、缓蚀剂主要有：亚硝酸钠、无水硫酸钠、磷酸盐、铬酸盐、重铬酸盐、硅酸钠、苯甲酸钠、无水硫酸钠、三乙醇胺、六次甲基四胺、尿素等而国外使用的新型水溶性缓蚀剂很多，如 1-羧基苯三唑及其碱土金属的氢氧化物、羊毛脂肪酸、二乙酸胺和氨基酸、甲基肉桂酸的碱金属盐或胺盐、饱和脂肪二羧酸和聚酸胺、羧基磷酸盐等亚硝酸钠至今仍然是水溶性缓蚀剂中的“王牌”，主要原因是作为黑色金属的缓蚀剂，具有价廉、效果良好、使用方便等优点但是，近年来的研究表明，它可能是一种间接的致癌物质，长期接触使用，会导致部分人皮肤过敏，进入体内毒性较大解决这个问题的途径有 2 种：一种是研制新型的缓蚀剂，这是解决问题的根本方法，但困难较大二是尽
18、量降低其使用量，这可在一定程度上降低危害，有着重要的现实意义4 结论从平整轧制实验及各项理化性能指标的测试结果分析，平整液不能完全采用 JB4322-4323-86水基金属清洗剂及试验方法中的评价指标来评价，主要应考虑平整液的 pH 值、防锈性、消泡性、腐蚀性、稳定性、亚硝酸根含量等理化性能指标，而且有些指标需重新确定具体评价时，除对以上主要理化性能指标进行测试外，还必须结合平整轧制实验，选择平整液时必须考虑平整液的润滑性、清洗性和防锈性等工艺性能，同时还应使其具有经济性，对环境无污染，使用安全方便，性能稳定作者简介：张晓明（1965 ），男（汉族），黑龙江人，讲师，在职博士生，（024）23906472作者单位：东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁 沈阳110006
