普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油的研制

張玉蘇中國石化潤滑油有限公司上海研究院

本文通過對基礎油、防銹劑、潤滑性添加劑的篩選，研制了一款普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油。研制產品防銹效果優異，且具有良好的潤滑性。該產品既能確保普碳鋼冷軋的順利進行，又可使封存包裝后的冷軋板不易生銹。現場應用結果表明，研制產品能夠很好地滿足普碳鋼板經冷軋后直接封存包裝、不再單獨涂抹防銹油的工況要求。

隨著經濟全球化的日益加快，給我國的裝備制造業帶來了空前的發展機遇。近年來，我國鋼鐵工業得到快速發展[1]，其中冷軋板的市場需求量增長較快，國內汽車制造、電氣產品、機車車輛、航空、精密儀表的飛速發展使得冷軋板的生產需求量一直呈現相對旺盛的局面[2,3]。

冷軋板在生產過程中，一般由以下幾個工序構成：熱軋板卷（原料）、酸洗、冷軋、脫脂、退火、平整、剪切、防銹包裝[4～7]。在冷軋板的冷軋過程中，需要使用潤滑油進行工藝潤滑來有效降低軋制力，然后在后續防銹包裝時再使用防銹油來封存。近年來，有部分客戶傾向于兼具潤滑性能與防銹性能一體化的油品，在薄板軋制過程中，既能減少軋輥磨損、保持板面清潔，又能使軋制后的薄板產品無需再涂防銹油，從而實現潤滑防銹一體化，具有降本增效的作用。為此研制了一款普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油（以下簡稱潤滑型防銹油），以滿足冷軋工藝中冷軋潤滑及產品防銹的要求。

潤滑型防銹油質量指標

在冷軋軋制及后續防護工藝中，對油品有如下性能要求：

◇當冷軋工藝后不需要退火，直接封存包裝的時候，需要油品具有合適的運動黏度和良好的清潔性能，以保持板面清潔，防止油品運動黏度過大導致板面有大量油滴懸掛、黏連，不易晾干，影響后續的板材重疊封存包裝和使用。一般要求油品的運動黏度(40 ℃)范圍為7～12 mm2/s；

◇具有一定的潤滑性能，一般要求油品的皂化值不小于10 mgKOH/g；

◇軋制過程中溫度較高，需要油品的閃點大于150 ℃；

◇在后續包裝、運輸、儲存中，為了防止冷軋板產生銹蝕現象，要求具有良好的防銹性能。

基于以上性能要求，制定了潤滑型防銹油產品質量指標，見表1。

表1 潤滑型防銹油質量指標

研制過程

為滿足潤滑型防銹油質量指標，需要選擇黏度合適的基礎油，增加合適的抗氧劑、防銹劑、油性劑進行復配來提升產品的潤滑性、抗氧化性等性能。

基礎油的選擇

根據潤滑型防銹油的質量指標，基礎油的選擇應滿足以下要求：

◇要求基礎油具有良好的抗氧化性，能防止高溫軋制導致油品快速老化；

◇軋制溫度較高，基于安全考慮，需要基礎油的閃點較高；

◇要求適合的40 ℃運動黏度。

因此選擇40 ℃運動黏度范圍在7～12 mm2/s、抗氧化性能好、閃點高的加氫基礎油A、B 基礎油進行復配。基礎油A、B 的典型數據見表2。

表2 基礎油典型數據

防銹劑的選擇

由于受溫度、濕度及其他腐蝕性氣體等介質的影響，工件會發生生銹[8]，因此需要產品具有較好的防銹性能。磺酸鹽類防銹劑和羧酸鹽類防銹劑都是常用的防銹劑，能吸附于金屬表面形成保護膜，具有良好的油溶性、配伍性和防銹性，在潮濕狀態下，穩定性較好，對各種金屬有良好的防銹性，從而防止金屬銹蝕[9]。二者復配，具有一定的協同作用，使得防銹性能更為優良。

因此選擇磺酸鹽S1、羧酸鹽C1 防銹劑加入潤滑型防銹油產品配方中，在其他組成不變的情況下進行防銹性能的考察，以確定適宜的加劑量。防銹劑復配方案見表3。

表3 防銹劑復配配方組成

按照濕熱試驗進行防銹試驗相關評定，結果見表4。

從表4 可以看出，配方AR-1、AR-2 的試驗結果均達不到質量指標要求。當磺酸鹽的加劑量在(x+2)%（質量分數）且羧酸鹽的加劑量在y%、(y+0.5) %（質量分數）時，研制配方AR-3、AR-4 的防銹試驗結果及運動黏度結果均滿足質量指標要求，從經濟性角度考慮配方AR-3較為適合。

表4 防銹試驗結果

油性劑的選擇

油性劑，在邊界潤滑條件下起增強潤滑油的潤滑性和防止磨損及擦傷的化學品。皂化值的高低一定程度上代表了軋制油潤滑性能的好壞，皂化值越高，油品的潤滑性能越好。所以對潤滑油的潤滑性能的考察，其皂化值的大小是至關重要的[10]；最大無卡咬負荷PB值在一定程度上代表了油品的油膜強度，PB值越高，油品的油膜強度越好，油品的潤滑性能越好。因此，對油性劑的性能考察從皂化值和PB值進行評定。

油脂、 合成酯等酯類化合物及有機酸等這些物質通常是被用作增加油品潤滑性能而添加的油性物質。合成酯是國內 廣 泛 使 用 的 油 性 劑[11～13]，選擇常見的合成酯1、合成酯2、合成酯3 進行油品調配。

將合成酯1、合成酯2、合成酯3 油性劑加入潤滑型防銹油產品配方3 中，進行潤滑性能的考察，以確定適宜的加劑量。油性劑復配方案見表5。

表5 油性劑復配配方組成

采用皂化值、最大無卡咬負荷項目對油品的潤滑性能進行考察，結果見表6。

從表6 可以看出，加入3 種油性劑后，配方LP-1、LP-2 的外觀不滿足質量指標要求，配方LP-3、LP-4 的皂化值不滿足質量指標要求，且隨著配方LP-4 的合成酯1加入量的增加，產品的40 ℃運動黏度超出質量指標，因此不能繼續增加配方LP-4 中合成酯1 的加入量。而配方LP-5、LP-6 所有指標滿足質量指標要求，從經濟性角度考慮選用配方LP-5 較為合適。

表6 油性劑考察試驗結果

研制產品的配方組成及全性能分析

在對這款潤滑型防銹油產品的各項性能進行試驗考察，以及基礎油和添加劑篩選的基礎上，平衡各項影響因素，對配方不斷進行優化，最終確定了潤滑型防銹油配方組成，見表7。

對表7 配方的研制產品進行了全性能分析，結果見表8。

表7 潤滑型防銹油配方組成

由表8 可以看出，潤滑型防銹油具有良好的防銹性能及潤滑性能，滿足產品的質量指標要求。

表8 潤滑型防銹油全性能分析數據

產品應用

研制的潤滑型防銹油已在某軋制企業進行工業試用。該公司使用森吉米爾20 輥軋機，使用潤滑型防銹油將冷軋板材由3.0～2.5 mm 軋至0.2～0.075 mm，并不再進行后續的退火和防銹工藝。軋后板面整潔光亮，且不易生銹，滿足現場工藝要求，產品防銹性能和潤滑性能均得到客戶認可。

結論

☆通過對基礎油、防銹劑、油性劑的篩選，選用磺酸鹽S1、羧酸鹽C1、合成酯1、合成酯2 及40 ℃運動黏度在7～12 mm2/s 的基礎油，輔以其他助劑，研制了一款普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油。

☆研制的普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油具有良好的防銹性能和潤滑性能，適用于無退火工藝的普碳鋼板，冷軋后不再單獨涂覆防銹油，直接在冷軋階段就使用該冷軋防銹一體化用油，起到潤滑、防銹的作用。有些廠家有冷軋后不需要退火便進行包裝儲存的需求，可使用該普碳鋼冷軋專用防銹油。該油品為普碳鋼冷軋工藝潤滑提供了一種差異化解決方案，具有良好的市場潛力和應用前景。