新型不銹鋼冷軋軋制油應用

馬國財,張文基，馬江波

(1.酒泉鋼鐵(集團)有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100；2.無錫中石油潤滑脂有限責任公司，江蘇 無錫 214000)

0 引言

不銹鋼軋制過程中軋件與軋輥表面產生相對滑動，產生摩擦，并伴有摩擦熱和變形熱，在變形區壓力的作用下，軋輥會產生彈性變形，帶材會產生塑性變形。不銹鋼軋制油通過帶材的楔入作用進入變形區，黏附在不銹鋼板及軋輥上，以滿足潤滑和冷卻的需要[1]。酒泉鋼鐵(集團)有限公司(以下簡稱酒鋼)不銹鋼投產以來，一直采用進口的科威特石油的工藝潤滑油，為降低生產成本，酒鋼和中石油潤滑脂公司共同制定出了一種新型國產軋制油在酒鋼不銹鋼森吉米爾二十輥軋機上的初步試驗方案。試驗采取兩步進行，先在實驗室對進口軋制油與國產軋制油按不同比例混兌的試驗進行模擬，并分析各項指標的變化，確定出最佳的混兌比例，然后在酒鋼不銹鋼二十輥軋機開展工藝試驗。目前，國產軋制油與進口軋制油混兌比例已達到6∶4，試驗機組已經過鋼10萬t，結果表明，國產軋制油綜合性能達到或優于進口軋制油。

1 國產軋制油性能指標

由于冷軋不銹鋼時軋制力大、軋制速度快、溫度較高，因此要求軋制油具有良好的潤滑性、冷卻性、抗腐蝕性、抗磨性以及脫脂性、無異味、無泡沫等一系列性能[2]。不銹鋼冷軋過程中操作人員須經常檢查表面，近距離接觸不銹鋼軋制油，不銹鋼軋制油還應無毒、無刺激、無氣味，不能影響到操作人員的健康。此外，不銹鋼冷軋過程中由于軋制油的揮發容易產生大量的油霧，一旦軋制過程中發生了斷帶事故、產生火花，若不銹鋼軋制油閃點過低則容易造成火災等事故，因此不銹鋼軋制油還應具備較高的閃點，必須降低油品著火危險性。

中石油潤滑脂公司通過對進口高端不銹鋼軋制油進行分析，并經多次試驗，從數據結果可見，最終研制出具備優良綜合性能的國產軋制油，其實驗室指標接近或優于進口軋制油指標，具體見表1。

表1 進口軋制油與國產軋制油性能比較

2 不同比例軋制油實驗室混兌試驗

2.1 試驗方法

實際生產中軋機軋制油油箱較大，軋制油一次性裝機量大，更換不銹鋼軋制油時采用全部整體置換的難度較高，因此，軋制油品的更換多數采用在原有軋制油中逐步添加混兌的方法。為了降低現場混兌時的風險，中石油潤滑脂公司實驗室組織了不同比例軋制油的混兌模擬試驗，對進口油和國產油不同比例下混兌的綜合性能進行考察，具體配比如表2所示。為便于后續分析，各比例試樣按照A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6進行編號。

表2 進口油與國產油混兌比例 %

2.2 試驗結果分析

2.2.1 外觀對比

由于目前不銹鋼冷軋油中多采用加氫油作為基礎油，因此也對混兌后油品光照穩定性進行了考察。將混兌后的樣品分別進行了高溫(約70 ℃)、低溫(約-5 ℃)以及室溫光照下的儲存穩定性試驗，不同的軋制油品混合后儲存20 d外觀見圖1，圖中從左至右依次為混兌油樣A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6。

圖1 不同比例混兌后不同溫度儲存20 d油品外觀

從圖1結果可以看出，進口油與國產油按照不同比例混兌后，在高溫、低溫、室溫下，各油品外觀均較穩定，未出現明顯沉淀、變色等情況，儲存穩定性良好。

2.2.2 混兌油樣黏度變化

潤滑油品的黏度對油品本身的潤滑性能有著較大的影響，根據彈性流體動力學理論，黏度越大，同等速度和壓力下油膜厚度越大。同時，黏度越大，很多情況下說明油品中高分子量的物質比例變大，有可能增加退火油斑。

軋制油在使用過程中，由于油品老化及液壓油的泄漏，軋制油的黏度有逐步提高的趨勢。圖2為進口軋制油與國產軋制油不同比例混兌的黏度變化結果。從結果可見，隨著國產軋制油占比的提高，混兌油的黏度先出現下降的趨勢，在混兌比例為1∶1時降至最低點，隨著國產軋制油比例的繼續提高，混兌油品的黏度逐步趨近于國產軋制油的原始黏度。

圖2 不同混兌比例黏度變化

2.2.3 潤滑性能評價

不銹鋼軋制油潤滑性能對冷軋后帶鋼表面質量以及軋制參數影響較大，軋制工藝潤滑能有效降低和控制軋制過程產生的摩擦磨損，充分發揮軋機的能力，提高軋制效率，確保軋材有良好的表面質量，降低能源消耗[1]。為評價混兌油的潤滑性能，實驗室分別進行了不同比例混兌后軋制油的黏度以及RCP摩擦磨損試驗。為使得評價效果能夠有效模擬現場不銹鋼軋制的實際情況，分別選擇了較硬合金(2205)和較軟合金(SUS430)兩種不同的不銹鋼鋼種進行潤滑測試。潤滑測試是在往復式摩擦磨損試驗儀(RCP)上進行,其試驗結果見圖3。

圖3 RCP試驗摩擦系數

圖3為國產軋制油和進口軋制油在不同比例混兌的情況下分別在2205和SUS430不銹鋼合金鋼板上試驗的摩擦系數。其中A0為進口軋制油、A6為國產軋制油，A1～A5為兩種油品按不同比例的混合。由圖3可見：

(1)國產軋制油與進口軋制油在SUS430上摩擦系數相同，具有接近的潤滑性能；

(2)國產軋制油比進口軋制油在2205硬質合金上具有稍高的潤滑性能；

(3)不同混兌比例軋制油在2205鋼種上摩擦系數呈起伏的變化趨勢，但混兌后2205鋼種摩擦系數仍低于進口軋制油，因此使用混兌軋制油不會造成2205鋼種軋制時的摩擦條件惡化。在SUS430鋼板上，摩擦系數幾乎保持不變。

2.2.4 抗氧化性能評價

不銹鋼冷軋軋制過程中，軋制油在周期性的高溫、高壓作用下，以及與空氣接觸和在鐵的催化作用下，易發生油品氧化變質，最終影響到軋制油的使用壽命。旋轉氧彈試驗用于評價油品在一定條件下的氧化安定性能，試驗的時間越長，則表明相同條件下，該油品氧化安定性越好，油品抗氧化能力越強。

不同混兌比例軋制油旋轉氧彈值見圖4。隨著國產軋制油占比的變化，混兌軋制油的抗氧化時間呈馬鞍形變化趨勢，經歷從高到低再回到最高點的過程，最低點出現在當混兌比例為1∶1時，表示抗氧化性相對最差，因此在現場實際應用過程中，兩種不同油品混兌占比在該范圍時，可以采用添加抗氧化劑或者混兌時跳過該比例的方法來避免油品抗氧化性能的降低。

圖4 不同混兌比例軋制油抗氧化性的變化趨勢

2.2.5 退火潔凈性評價

不銹鋼冷軋產品要求表面質量高，帶材在軋后和退火后表面色澤光亮，無碳化物污染等現象[3]，不銹鋼冷軋軋制后帶鋼表面仍然會有軋制油的殘留，附著的殘油必須在脫脂或退火時全部揮發掉，且不能造成帶鋼表面殘留色斑等缺陷。退火潔凈性是不銹鋼軋制油最重要的性能之一，可以用來衡量油品退火溫度下的揮發狀況，一般常用TGA熱重法評價油品熱分解溫度，對各油品的退火潔凈性進行考察，見圖5，進口油與國產油在300 ℃時分解殘余量均<1%，且進口油、國產油揮發終止溫度都在907 ℃左右，而冷軋態不銹鋼退火的溫度一般都在1000 ℃以上，進口油、國產油揮發終止溫度遠低于不銹鋼退火溫度，因此按照不同比例混兌后的油品在退火時可完全分解而揮發掉，不會對帶鋼表面造成影響。

圖5 不同軋制油TGA曲線

2.3 實驗室混兌結果

通過對不同比例混兌后軋制油的油品進行實驗室分析，發現不同比例的進口軋制油與國產軋制油混兌后油品的理化指標、潤滑性能、抗氧化性能、退火潔凈性等都可滿足不銹鋼冷軋產品質量控制的需求，混兌風險不大，可以進行下一步的工業試驗。

3 工業試驗

3.1 工業試驗條件

在酒鋼森吉米爾二十輥軋機上開展了工業混兌試驗。為提高混兌效率以及保證產品質量，國產油與進口油的初始混兌比例按照6∶4進行，試驗鋼種涵蓋奧氏體、鐵素體以及雙相鋼系列。

3.2 工業試驗結果

3.2.1 混兌軋制油理化性能(見表3)

表3 國產油與進口油6∶4混兌后軋制油性能

3.2.2 軋制過程評價

采用混兌軋制油軋制過程中，在各試驗鋼種上未出現油膜破裂、打滑、軋制力異常偏大、帶鋼表面溫度偏高等情況，混兌軋制油使用期間，軋機軋制油系統運行穩定正常，過濾系統壓力保持性良好，沒有發生濾芯堵塞等情況，見圖6。

圖6 混兌前后各道次軋制力對比

經現場跟蹤，在試驗軋機上軋制的300系、400系以及雙相鋼經火酸洗后表面色澤均勻，無油污、油花紋及碳化物殘留等缺陷，帶鋼表面粗糙度與進口軋制油基本相同。

不銹鋼軋制過程中因軋制變形產生的熱量會使油溫迅速上升，輥板的摩擦也難免會產生靜電與火花，因此軋制油要具備較高的閃點，否則容易起火，根據設備的使用要求，規定產品的閃點不小于154 ℃[4]。本次混兌軋制油閃點高于進口軋制油，降低了油品著火危險性，提高軋制過程安全性。此外，由于閃點的提高，軋制過程中油的揮發減少，油品的消耗較進口軋制油顯著降低。

4 結論

(1)國產軋制油的潤滑性能、退火潔凈性、抗氧化性能以及軋制過程中的重點工藝參數，均達到進口軋制油的相關水平；國產軋制油閃點高于進口軋制油，可降低油品著火危險性，提高軋制安全。

(2)國產軋制油與進口軋制油按照任意比例混兌后，其綜合性能滿足不銹鋼冷軋質量控制需求，可以實現國產軋制油替代進口軋制油。

(3)國產軋制油成本低于進口軋制油，可以降低鋼廠的生產成本。