普碳钢冷轧专用润滑型防锈油的研制

张玉苏中国石化润滑油有限公司上海研究院

本文通过对基础油、防锈剂、润滑性添加剂的筛选，研制了一款普碳钢冷轧专用润滑型防锈油。研制产品防锈效果优异，且具有良好的润滑性。该产品既能确保普碳钢冷轧的顺利进行，又可使封存包装后的冷轧板不易生锈。现场应用结果表明，研制产品能够很好地满足普碳钢板经冷轧后直接封存包装、不再单独涂抹防锈油的工况要求。

随着经济全球化的日益加快，给我国的装备制造业带来了空前的发展机遇。近年来，我国钢铁工业得到快速发展[1]，其中冷轧板的市场需求量增长较快，国内汽车制造、电气产品、机车车辆、航空、精密仪表的飞速发展使得冷轧板的生产需求量一直呈现相对旺盛的局面[2,3]。

冷轧板在生产过程中，一般由以下几个工序构成：热轧板卷（原料）、酸洗、冷轧、脱脂、退火、平整、剪切、防锈包装[4～7]。在冷轧板的冷轧过程中，需要使用润滑油进行工艺润滑来有效降低轧制力，然后在后续防锈包装时再使用防锈油来封存。近年来，有部分客户倾向于兼具润滑性能与防锈性能一体化的油品，在薄板轧制过程中，既能减少轧辊磨损、保持板面清洁，又能使轧制后的薄板产品无需再涂防锈油，从而实现润滑防锈一体化，具有降本增效的作用。为此研制了一款普碳钢冷轧专用润滑型防锈油（以下简称润滑型防锈油），以满足冷轧工艺中冷轧润滑及产品防锈的要求。

润滑型防锈油质量指标

在冷轧轧制及后续防护工艺中，对油品有如下性能要求：

◇当冷轧工艺后不需要退火，直接封存包装的时候，需要油品具有合适的运动黏度和良好的清洁性能，以保持板面清洁，防止油品运动黏度过大导致板面有大量油滴悬挂、黏连，不易晾干，影响后续的板材重叠封存包装和使用。一般要求油品的运动黏度(40 ℃)范围为7～12 mm2/s；

◇具有一定的润滑性能，一般要求油品的皂化值不小于10 mgKOH/g；

◇轧制过程中温度较高，需要油品的闪点大于150 ℃；

◇在后续包装、运输、储存中，为了防止冷轧板产生锈蚀现象，要求具有良好的防锈性能。

基于以上性能要求，制定了润滑型防锈油产品质量指标，见表1。

表1 润滑型防锈油质量指标

研制过程

为满足润滑型防锈油质量指标，需要选择黏度合适的基础油，增加合适的抗氧剂、防锈剂、油性剂进行复配来提升产品的润滑性、抗氧化性等性能。

基础油的选择

根据润滑型防锈油的质量指标，基础油的选择应满足以下要求：

◇要求基础油具有良好的抗氧化性，能防止高温轧制导致油品快速老化；

◇轧制温度较高，基于安全考虑，需要基础油的闪点较高；

◇要求适合的40 ℃运动黏度。

因此选择40 ℃运动黏度范围在7～12 mm2/s、抗氧化性能好、闪点高的加氢基础油A、B 基础油进行复配。基础油A、B 的典型数据见表2。

表2 基础油典型数据

防锈剂的选择

由于受温度、湿度及其他腐蚀性气体等介质的影响，工件会发生生锈[8]，因此需要产品具有较好的防锈性能。磺酸盐类防锈剂和羧酸盐类防锈剂都是常用的防锈剂，能吸附于金属表面形成保护膜，具有良好的油溶性、配伍性和防锈性，在潮湿状态下，稳定性较好，对各种金属有良好的防锈性，从而防止金属锈蚀[9]。二者复配，具有一定的协同作用，使得防锈性能更为优良。

因此选择磺酸盐S1、羧酸盐C1 防锈剂加入润滑型防锈油产品配方中，在其他组成不变的情况下进行防锈性能的考察，以确定适宜的加剂量。防锈剂复配方案见表3。

表3 防锈剂复配配方组成

按照湿热试验进行防锈试验相关评定，结果见表4。

从表4 可以看出，配方AR-1、AR-2 的试验结果均达不到质量指标要求。当磺酸盐的加剂量在(x+2)%（质量分数）且羧酸盐的加剂量在y%、(y+0.5) %（质量分数）时，研制配方AR-3、AR-4 的防锈试验结果及运动黏度结果均满足质量指标要求，从经济性角度考虑配方AR-3较为适合。

表4 防锈试验结果

油性剂的选择

油性剂，在边界润滑条件下起增强润滑油的润滑性和防止磨损及擦伤的化学品。皂化值的高低一定程度上代表了轧制油润滑性能的好坏，皂化值越高，油品的润滑性能越好。所以对润滑油的润滑性能的考察，其皂化值的大小是至关重要的[10]；最大无卡咬负荷PB值在一定程度上代表了油品的油膜强度，PB值越高，油品的油膜强度越好，油品的润滑性能越好。因此，对油性剂的性能考察从皂化值和PB值进行评定。

油脂、 合成酯等酯类化合物及有机酸等这些物质通常是被用作增加油品润滑性能而添加的油性物质。合成酯是国内 广 泛 使 用 的 油 性 剂[11～13]，选择常见的合成酯1、合成酯2、合成酯3 进行油品调配。

将合成酯1、合成酯2、合成酯3 油性剂加入润滑型防锈油产品配方3 中，进行润滑性能的考察，以确定适宜的加剂量。油性剂复配方案见表5。

表5 油性剂复配配方组成

采用皂化值、最大无卡咬负荷项目对油品的润滑性能进行考察，结果见表6。

从表6 可以看出，加入3 种油性剂后，配方LP-1、LP-2 的外观不满足质量指标要求，配方LP-3、LP-4 的皂化值不满足质量指标要求，且随着配方LP-4 的合成酯1加入量的增加，产品的40 ℃运动黏度超出质量指标，因此不能继续增加配方LP-4 中合成酯1 的加入量。而配方LP-5、LP-6 所有指标满足质量指标要求，从经济性角度考虑选用配方LP-5 较为合适。

表6 油性剂考察试验结果

研制产品的配方组成及全性能分析

在对这款润滑型防锈油产品的各项性能进行试验考察，以及基础油和添加剂筛选的基础上，平衡各项影响因素，对配方不断进行优化，最终确定了润滑型防锈油配方组成，见表7。

对表7 配方的研制产品进行了全性能分析，结果见表8。

表7 润滑型防锈油配方组成

由表8 可以看出，润滑型防锈油具有良好的防锈性能及润滑性能，满足产品的质量指标要求。

表8 润滑型防锈油全性能分析数据

产品应用

研制的润滑型防锈油已在某轧制企业进行工业试用。该公司使用森吉米尔20 辊轧机，使用润滑型防锈油将冷轧板材由3.0～2.5 mm 轧至0.2～0.075 mm，并不再进行后续的退火和防锈工艺。轧后板面整洁光亮，且不易生锈，满足现场工艺要求，产品防锈性能和润滑性能均得到客户认可。

结论

☆通过对基础油、防锈剂、油性剂的筛选，选用磺酸盐S1、羧酸盐C1、合成酯1、合成酯2 及40 ℃运动黏度在7～12 mm2/s 的基础油，辅以其他助剂，研制了一款普碳钢冷轧专用润滑型防锈油。

☆研制的普碳钢冷轧专用润滑型防锈油具有良好的防锈性能和润滑性能，适用于无退火工艺的普碳钢板，冷轧后不再单独涂覆防锈油，直接在冷轧阶段就使用该冷轧防锈一体化用油，起到润滑、防锈的作用。有些厂家有冷轧后不需要退火便进行包装储存的需求，可使用该普碳钢冷轧专用防锈油。该油品为普碳钢冷轧工艺润滑提供了一种差异化解决方案，具有良好的市场潜力和应用前景。