轧制油润滑基础及应用

边界润滑
边界润滑是相对运动两表面被极薄的润滑剂吸附层隔开， 而此吸附层不服从流体动力学定律，主要取决于两表面的性质 和润滑剂的化学特性。在边界润滑状态下，摩擦面间存在一种 厚度在0.1um 以下的吸附膜，能够起到降低摩擦和减少磨损的 作用。这时摩擦特点既受润滑剂性质影响，也受膜下金属表面 性质的影响，其摩擦系数范围一般是0.05-0.15.


评价基础油的几个技术指标
粘度（40℃ mm2/s ） :


⑴粘度（40℃mm2/s ） , 是评价油品流动性的一个指标。 温度升高，粘度减小，流动性好；反之，温度降低，粘度增大， 流动性差。油品的粘度还反映变形区间油膜的薄厚、油品烃类 的组成。 粘度－温度指数：数值越大，表示粘度值随温度变化越小，即 润滑油的粘－温性能越好。 影响轧制油的粘度(基础油一定的前提下)主要有以下几个因素： 添加剂的含量，液压油等其它杂油的含量。 粘度高的轧制油，易产生退火油斑，润湿性较差；粘度低的轧 制油在变形区形成的油膜薄，容易粘辊，板面质量差，同时增 大了轧制力。
1.2 油性添加剂

轧制油由基础油和一定浓度的添加剂组成，目前使用多是油性添加 剂，它不仅降低了金属变形抗力，而且使油品分子间聚合力增大。

油性剂是一类带有较强极性基团的表面活性物质，由表1可知极性 基团分别是－OH、－COOH、－COOR，具有永久偶极。当与摩擦面 接触时，极性基团的价电子与金属表面原子核相吸引，而排斥其核外电 子，使金属表面形成诱导偶极。永久偶极与诱导偶极互相吸引，使极性 基因与金属表面产生化学吸附力，油性剂分子极性端紧密吸附在金属表 面，非极性端分子朝相反方向与上层分子的非极性端吸引，形成定向排 列的双分子层，如图2

对于单机架万能轧机，只能选择一个综合性粘度值，要考虑如何满足粗、中 轧对粘度的要求。可以考虑在轧制油中加入适量聚异丁烯，因为聚异丁烯在 轧制油中溶解时，溶解度随温度升高而增大，随温度降低而变小。当温度升 高时，聚异丁烯象线团一样的舒展开来，在轧制油形成密布的网线，大大增 加油品分子移动时的阻力，此时虽然温度升高轧制油粘度下降，但由于聚合 物舒展所增加的阻力补偿了一些粘度的下降，使高温油品依然保持较高的粘 度。当低温时，聚合物分子蜷成紧密线团，对油品分子移动并不产生很大阻 力，对低温轧制油粘度影响并不大。 聚异丁烯热稳定性好，与添加剂不起反应，也不影响添加剂功能，轧制后铝 板表面光亮，只是溶解速度慢，必须在轧制油时中浸泡数天。
1.1润滑模型
铝板轧制润滑属于弹性流体润滑、边界润滑 共存的混合 润滑，润滑模型如下图示。
流体润滑
轧辊与轧件表面间由一定厚度（在1.5－2.0um以上）的 润滑油膜隔开，在润滑油膜中的分子大部分不受金属表面力场 的作用，可以自由移动。它是液体内部的摩擦，摩擦系数很小 ，通常为0.001－0.008。


添加剂一般是以达到其最小饱和浓度为其合理的加入量，只有油膜在摩 擦副之间的吸附量达到饱和时，才能保证油膜足够的强度和稳定性 考虑板材连续变形新生表面不断产生，会对油膜的减摩能力有所影响； 轧制油在过滤时，添加剂含量会产生过滤损失，所以添加剂的实际加入 量应比其最小饱和浓度大一些为好。如油酸最小饱和浓度为0.61%，十 八醇饱和浓度为1.9%。轧制油中添加剂总加入量不超过8%，超过8%则 浓度饱和，油性剂作用不再增加。 轧制油的粘度与基础油粘度、添加剂含量及液压油的渗漏情况有关。当 温度一定时，可以认为油膜厚度随粘度增大而增厚。但粘度应保持在一 定范围内，粘度高的轧制油，其润湿性差，高速轧制时容易引起断带； 但粘度太低，油太稀也不可取，原因是油膜太薄，润滑性能变差，造成 轧制力增加使辊面严重粘铝，影响铝板:
基础油介绍
金属压力加工中使用最广泛的基础油是矿物油，其主要成 份为一定范围内不同碳数的烷烃和少量芳烃组成，其碳链的长 短与粘度、馏程有关。馏程越高，烃类的碳链越长，粘度越大。 基础油按组份可分为石蜡系和环烷系两种，一般碳原子在9－ 15个，其结构有正构烷烃和饱和烃两种。 粗轧基础油粘度选择在2.2mm2/s左右，中精轧选择在 1.7mm2/s左右。主要依据是粗轧对所轧材料表面光亮度要求 不高，要求大压下量及轧制速度，对轧制油要求是油膜强度高， 承载能力大，故选用粘度较高的基础油。



机械杂质 :
油品在储运、保管和使用过程中，容易混进外 来的泥沙、灰尘、铁锈和其它金属末等，通称机械 杂质。可用过滤或沉淀等办法除去。
灰分

灰分是油品完全燃烧后，所剩下的残留物，主要是一些金 属盐类，一般灰分越少越好。
简介轧制油过滤（板式过滤法）
轧制油过滤过程分为三个阶段:硅藻土为主的助滤剂 预涂阶段、正常过滤阶段和吹扫更换滤纸阶段。 滤纸为无纺布，其上的助滤剂是由硅藻土和活性白 土组成的混合物，细小的硅藻土有极微小的孔隙， 在过滤中起骨架作用；活性白土为一种极性物质， 本身无空隙，能够吸附其它极性物质。因此，硅藻 土起着机械过滤作用，能把较大的固体粒子过滤掉， 而轧制油中细小粒子（如铝粉）被活性白土吸附， 并由硅藻土滤掉。较好的板式过滤器过滤精度可以 达到0.50um. 详细内容见相关工艺文件。

常用油性添加剂为C12－C18的醇、酯、酸类带有极性基团的表面活性物质。 见表1
由表2 可知，酯的稳定性较好，形成的油膜厚，强度高，适用于绝对压下量大、 金属产生变形热多的道次。实际使用添加剂时，常常加入两种或以上的添加剂配 合使用。粗轧以添加脂类为主，精轧以添加 酸、醇为主。
1.3添加剂浓度的调配
水分 :



油中混进水，不仅会使油品在使用时油膜强度降低，而且还会 产生泡沫或腐化变质，严重时会使其中的添加剂分解而沉淀。 即使进行处理，除去水分，添加剂也不能恢复原来的使用功能， 因此轧制油中不允许含有水分，尤其是铝箔轧制油更是如此。 油中的水分按其存在状态可分为四类
A 沉积水 它从油中脱离出来的水分，聚集成水珠后沉积于贮存器底部； B 溶解水 通常是从空气中进入油内的，呈极微小的颗粒状，机械地分散在油中； C 结合水 它是油品初期老化的象征，油氧化变质按下列反应生成结合水： 2CnH2n+2 +3H2O →2CnH2nO +2H2O(结合水) D 乳胶状水 油与超微水滴的混合物称为乳浊液。随着油内氧化产物的生成，油与水间 的表面张力降低，腐化作用加强，使油更能容纳水分，结果形成油与水的胶状混合物。 油中的沉积水与溶解水可用机械的方法除去，结合水在加热到一定温度后，可转变为溶 解水，最后除去。




铝板轧制时，轧制油连续不停地冲刷轧辊和轧件表面，在变 形区入口处轧辊与轧件表面形成楔形缝隙，轧制油充填其间， 结果建立了具有一定承载能力的油楔。 轧制油是一种带有一定粘度的粘性流体，由流体动力学基本 原理知道，由于固体表面与液体分子的附着力作用，与其连 接的液体层将被带动以相同速度运动，即固体与液体接触层 之间不产生滑动。随着轧辊、轧件作速度较高的同步运动， 使进入楔形入口处的油楔随着楔形入口形状断面的收敛而不 断增压，越接近楔形口顶端，压力越大，油楔效应越强烈。 轧辊和轧件表面存在一定的粗糙度，使具备了流体润滑条件 的轧制油沿咬入弧带入变形区实现流体润滑和边界润滑，形 成的油膜把轧辊和轧件隔开。 由于基础油中含有浓度适宜且富有活性的油性添加剂，不仅 降低了金属变形抗力，而且使油品分子间聚合力增大，油膜 坚韧能够经受住强大轧制力而不破裂。
闪点与着火点 :

闪点是可燃性液体蒸气在空气中能够瞬间闪火时的最低温 度，一般低沸点油品测定其闭口闪点。当油温继续升高至另一 温度，所产生的油气能维持燃烧，此时的温度称为着火点。基 础油的着火点比闪点高100℃左右。
馏程 :


馏程：石油产品是多种有机化合物组成的混合物，在加热蒸馏 时没有固定的沸点，只有一定的馏程。 油品在规定条件下，加热蒸馏出第一滴油时的温度称为初馏点； 蒸馏到最后，即将蒸干时达到的最高温度称为干点，这一温度 范围称为油品的馏程。 可以从初馏点和10%的馏出温度来判断轧制油中所含轻质组分 的程度；从90%馏出温度和干点，可以表示其所含重质组份的 程度，这对判断退火工艺产生褐色污染的可能性有一定参考价 值。
中精轧选用较低粘度基础油，主要是生产管理上方便，同 时采用调整添加剂种类及含量来满足工艺要求。
可根据基础油中硫及芳烃含量的多少将基础油分为高档油 和普通油。把硫含量小于2*10-6 %,芳烃含量小于0.1%的基础 油称为高档基础油，其它则属于普通油。
生产工艺对基础油的技术要求

⑴有良好的润滑性能，摩擦系数小； ⑵有较好的比热容，容易带走较多的热量； ⑶有足够的承载能力，能达到预期的压下量；⑷具有适当的闪点，退火 时不易形成油斑；⑸具有良好的抗氧化性；⑹无毒、无难闻气味和对人 体健康有害的挥发物； ⑺容易过滤和净化；⑻资源丰富，价格适中。
轧制油润滑原理及应用
2009－09－02 板带技术部－工艺组
内容介绍
润滑模型 润滑原理 轧 制 油 基 础 知 识 及 应 用 油性添加剂 添加剂浓度调配 生产工艺对基础油技术要求 基础油介绍 评价基础油的几个重要指标
轧制油过滤
无润滑剂的轧制过程中，轧件与轧辊直接接触，铝轧件 与钢轧辊产生极强的粘着性，摩擦增大并产生严重的粘着 磨损；若施加工艺润滑剂，在轧件与轧辊之间形成连续润 滑油膜隔开两者而实现工艺润滑，可以有效的防止轧辊粘 铝，降低摩擦与磨损，进而改善产品表面质量 。

图2 极性分子在金属表面形成吸附示意图

由于极性分子间的互吸和非极性分子间的互吸，进一步形成了多分子层， 分子的这样排列，在油膜的垂直方向上可以承受巨大的轧制压力。由于非极 性端分子仅靠结构相似而互吸，结合力较弱，在剪应力作用下，是油膜容易 发生剪切变形的薄弱环节，这样就把本应发生在轧辊与轧件之间的干摩擦转 变为油膜分子间的内摩擦，摩擦因素大幅下降，达到润滑的目的。