鋁合金薄板帶軋制工藝潤(rùn)滑技術(shù)及挑戰(zhàn)

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋁合金薄板帶的質(zhì)量要求越來(lái)越高。在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”下，高附加值、高技術(shù)含量的鋁合金薄板帶市場(chǎng)潛力巨大，特別是汽車輕量化用鋁板，航空航天用鋁合金薄板，食品飲料罐用鋁板帶、消費(fèi)電子和建筑領(lǐng)域用鋁板帶，PS版基鋁板帶等。鋁合金薄板帶通過(guò)熱、冷軋軋制達(dá)到相應(yīng)尺寸規(guī)格、性能和表面質(zhì)量的要求，可以概括為“尺寸精確板形好，表面光潔性能高”，要有效地達(dá)到這些要求，對(duì)軋制工藝潤(rùn)滑技術(shù)提出了較高要求，需要選擇合適的軋制工藝潤(rùn)滑劑，同時(shí)要對(duì)工藝潤(rùn)滑劑進(jìn)行合理的維護(hù)和管理，使?jié)櫥瑒┑墓δ艿玫接行Ъ胺€(wěn)定地發(fā)揮。

本文就部分鋁合金薄板帶軋制的特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)工藝潤(rùn)滑技術(shù)做簡(jiǎn)要論述，同時(shí)對(duì)鋁薄板帶軋制工藝潤(rùn)滑技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)也做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

一、鋁合金薄板帶軋制產(chǎn)品、特點(diǎn)和質(zhì)量要求

鋁合金薄板鋁是鋁板帶中的主要產(chǎn)品，主要應(yīng)用于易拉罐，汽車航空、PS版基，建筑幕墻等方面。其中，鋁罐體為3104，3004等合金，罐料為5083，5182等合金。鋁罐料要求非常嚴(yán)格，要求內(nèi)在質(zhì)量，深沖性能好，同時(shí)有很好的表面質(zhì)量，熱軋終軋溫度高，基本在320℃以上，冷軋終軋厚度0.28——0.32mm，厚度公差和板型等要求高。PS版用電解磨板常用1050鋁合金，國(guó)內(nèi)外刷磨板常采用3103鋁合金。PS版對(duì)鋁板基的質(zhì)量要求很高，鋁板基的表觀質(zhì)量，平整度，厚差等會(huì)影響PS版的砂目狀態(tài)等質(zhì)量指標(biāo)，印刷對(duì)PS版的質(zhì)量要求很高，特別是高檔彩印要求印版不允許有一點(diǎn)弊病，要保證印刷版質(zhì)量，PS板用鋁板表觀質(zhì)量是最重要的。汽車用鋁合金板材，尤其是汽車外板是鋁合金板材生產(chǎn)中的頂級(jí)產(chǎn)品，目前鋁合金汽車板主要有兩個(gè)系列，5xxx和6xxx系，5xxx系鋁合金具有中等強(qiáng)度、加工性能好等，6xxx系鋁合金具有成形性好，強(qiáng)度較高等特性，在其研發(fā)中重點(diǎn)解決的是其成形性、表面光鮮均勻性、表面處理等7點(diǎn)性能要求。氧化鋁薄板用途廣，適用于天花板，幕墻板，電器面板，家具面板等多種，氧化鋁板具有裝飾性強(qiáng)，硬度適中，無(wú)需再進(jìn)行復(fù)雜的表面處理等特點(diǎn)，氧化鋁薄板中1xxx，5xxx，6xxx系列合金較多，1xxx合金在光亮和保護(hù)性氧化具有好的特性，6xxx可陽(yáng)極氧化著色，適用做建筑裝飾材料等。

鋁合金薄板帶除了對(duì)性能等方面有各自的高要求外，都對(duì)板帶表面質(zhì)量提出很高要求，對(duì)表面缺陷如粘傷、劃傷、印痕、松枝花紋、金屬及非金屬壓入、油污、退火油斑、色差、亮條、桔皮等都有明確的要求和規(guī)定，這對(duì)工藝潤(rùn)滑技術(shù)也就提出了較高要求。

二、鋁合金薄板帶軋制工藝潤(rùn)滑技術(shù)

鋁合金薄板帶軋制工藝潤(rùn)滑技術(shù)主要有三大類，水基潤(rùn)滑技術(shù)、油基潤(rùn)滑技術(shù)、油水分施兩相潤(rùn)滑技術(shù)。

1、水基潤(rùn)滑技術(shù)

水基潤(rùn)滑技術(shù)分為乳化液技術(shù)、彌散液技術(shù)和合成液技術(shù)。

乳化液技術(shù)是通過(guò)引入乳化劑，乳化劑是表面活性物質(zhì)，親油部分匯聚在油中，而親水端面在水中，形成油珠之間的保護(hù)屏障，大大地降低了油珠聚集長(zhǎng)大的速率，降低了油珠表面的自由能，防止油珠之間聚集長(zhǎng)大，維持了乳化液的動(dòng)態(tài)平衡，如圖1所示。

鋁軋制乳化液常選用陰離子及非離子乳化技術(shù)。其中陰離子乳化技術(shù)在鋁軋制中應(yīng)用較成熟和穩(wěn)定，是應(yīng)用較廣泛的技術(shù)，由于鋁板在軋制過(guò)程中表面常顯正電，采用陰離子技術(shù)有助于潤(rùn)滑成分吸附，而且弱堿性條件，也有助于更好的清洗，防銹和防菌功能。

通項(xiàng)公司在水基工藝潤(rùn)滑領(lǐng)域做了大量研發(fā)和應(yīng)用工作，其中的Tandemol技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，Tandemol 62xx，63xx，68xx，67xx，69xx，5xxx系列產(chǎn)品分別在鋁熱軋和冷軋上有較好的使用。除了潤(rùn)滑劑必須提供的潤(rùn)滑，冷卻和清洗等特性外，在自凈化，可控性和穩(wěn)定性等方面也有獨(dú)到的地方。

彌散液技術(shù)是乳化液技術(shù)的一種，該技術(shù)使用陽(yáng)離子乳化劑。陽(yáng)離子乳化劑除具有抑菌作用外，在一定的pH范圍內(nèi)，油珠尺寸大且分布較均勻，如圖2所示。油粒的這一分布特點(diǎn)，不僅大幅地提高了彌散液的潤(rùn)滑能力（因?yàn)橛蛷娜橐褐形龀鍪菨?rùn)滑的前提），而且能夠提高潤(rùn)滑均勻性和油珠在鋁板表面的潤(rùn)濕能力，有助于改善軋后表面質(zhì)量。

彌散液技術(shù)在鋁軋制方面應(yīng)用較少，主要是陽(yáng)離子技術(shù)的乳液穩(wěn)定性差，潤(rùn)滑和乳液較難控制，維護(hù)管理壓力大等原因。不過(guò)，通項(xiàng)公司的彌散液技術(shù)在鋼冷連軋方面已得到大量的運(yùn)用。

合成液技術(shù)和乳化液技術(shù)不同，如圖3所示。合成液是單相產(chǎn)品，它非常穩(wěn)定，清澈透明，清凈性較好，但合成液表面張力低，侵蝕性較強(qiáng)。水溶性聚合物常和水通過(guò)形成氫鍵而溶于水，氫鍵在溫度升高時(shí)消失，聚合物析出提升潤(rùn)滑，這和乳化液在咬入?yún)^(qū)的潤(rùn)滑機(jī)制有所不同，該技術(shù)在鋁軋制中基本沒(méi)有應(yīng)用。

2、油基潤(rùn)滑技術(shù)

油基鋁冷軋油通常以溶劑為基礎(chǔ)油，配以添加劑（醇、酯及酸），是鋁冷軋最主要的工藝潤(rùn)滑應(yīng)用產(chǎn)品。油基軋制油技術(shù)成熟，基礎(chǔ)油和添加劑選擇、冷卻系統(tǒng)設(shè)置、維護(hù)管理及相關(guān)的設(shè)備工藝參數(shù)如軋制速度，壓下量，張力設(shè)置上等都有豐富的經(jīng)驗(yàn)和成熟的案例可資借鑒。

當(dāng)前大多鋁冷軋?zhí)砑觿┘夹g(shù)基本上還是維持著使用C12-C18的醇、酯或酸。醇，酯按照一定比例混合后使用，有時(shí)軋制過(guò)程會(huì)輔助添加少量酸以求表面光亮或者提高潤(rùn)滑。添加劑的設(shè)計(jì)和選擇關(guān)鍵在于平衡確定醇酯酸的碳鏈長(zhǎng)短。碳鏈短，清潔性能好，但潤(rùn)滑性能差，碳鏈長(zhǎng)，潤(rùn)滑性能好，但殘留多，如圖4所示。現(xiàn)代鋁冷軋機(jī)的軋制速度越來(lái)越高，對(duì)軋制油的冷卻和潤(rùn)滑能力要求較高，同時(shí)對(duì)表面殘留、退火油斑方面提出更高需求，如何保證潤(rùn)滑和冷卻，同時(shí)保證表面清凈性是一個(gè)重要課題。

在解決潤(rùn)滑和清凈性的矛盾方面，通項(xiàng)公司做了很多探索工作，并取得了很好的效果。例如引入Carrier技術(shù)、使用長(zhǎng)鏈醇酯卻不會(huì)惡化表面清潔性、引入抗磨劑、使用短鏈醇酯在保證清潔性下，潤(rùn)滑能力得到加強(qiáng)等。通項(xiàng)公司冷軋?zhí)砑觿┘夹g(shù)在全球得到廣泛使用，在中國(guó)Cindol 9xxx系列添加劑產(chǎn)品已在多個(gè)鋁冷軋機(jī)上得到好的應(yīng)用，在鋁冷軋高速軋制、大壓下量、高表面要求、降低添加劑消耗等方面都有上佳表現(xiàn)。

3、油水分施兩相技術(shù)

綜合水基和油基技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，盡量避免相應(yīng)的不足，開發(fā)出了水油兩相分施技術(shù)，油相和水相分別施加在軋輥上，水冷卻，油相提供潤(rùn)滑。圖5是兩相介質(zhì)的供液示意圖，紅色代表供油，在入口供給，藍(lán)色代表水，入口和出口都有供給。該技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)需要通過(guò)改變油相數(shù)量和壓力調(diào)整潤(rùn)滑，或者通過(guò)調(diào)整水相供給量改變冷卻。測(cè)試表明該種控制方法更能實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑優(yōu)化，提高軋制速度，更容易進(jìn)行板形控制。

通項(xiàng)公司擁有該技術(shù)，特別是在鋼板帶軋制方面得到非常廣泛的應(yīng)用。

三、鋁合金薄板帶軋制工藝潤(rùn)滑技術(shù)的挑戰(zhàn)

1、如何選擇合適的工藝潤(rùn)滑技術(shù)和產(chǎn)品

鋁合金薄板帶生產(chǎn)需要經(jīng)過(guò)熱軋和冷軋軋制過(guò)程，熱軋和冷軋一般都采用工藝潤(rùn)滑，對(duì)軋件和軋輥表面進(jìn)行潤(rùn)滑。軋機(jī)，工藝和工藝潤(rùn)滑是保證生產(chǎn)和質(zhì)量最重要的三個(gè)因素。軋機(jī)和工藝參數(shù)受限因素較多，而工藝潤(rùn)滑劑作為一個(gè)動(dòng)態(tài)的變量，需要設(shè)法與軋機(jī)和工藝參數(shù)相匹配。如何選擇合適的工藝潤(rùn)滑技術(shù)和產(chǎn)品非常重要。面臨挑戰(zhàn)，如下幾個(gè)方面需重點(diǎn)考慮

考慮工藝潤(rùn)滑的作用，潤(rùn)滑、冷卻、清洗、改善表面質(zhì)量、承擔(dān)載荷等。

考慮軋制重點(diǎn)，熱軋，冷軋重點(diǎn)不同，分別是降低內(nèi)阻（板帶本身變形抗力）和降低外阻（減少外摩擦對(duì)金屬變形的阻力）。其中熱軋軋輥和軋件表面狀態(tài)，軋制溫度，工藝潤(rùn)滑劑等，冷軋輥徑，張力，潤(rùn)滑液等需重點(diǎn)考慮。

考慮軋制難點(diǎn)，熱軋包括表面缺陷，高溫軋制，終軋溫度，鋁粉去除等，冷軋包括表面清潔，速度和溫度，壓下率，板型，安全等需重點(diǎn)考慮。

考慮不同合金和工藝，如1xxx合金強(qiáng)度低，壓下率大，易粘鋁，3xxx合金強(qiáng)度不高，溫度高，易產(chǎn)生粗大晶粒，5xxx合金中鎂含量高的板強(qiáng)度高，軋制較困難，鎂含量低的板強(qiáng)度較低，終軋溫度范圍較寬等，6xxx合金中等強(qiáng)度，對(duì)退火性能要求高等也需充分考慮。

考慮軋機(jī)、工藝及潤(rùn)滑的匹配，每個(gè)軋機(jī)、軋制工藝和工藝潤(rùn)滑系統(tǒng)都有所不同，合金品種，生產(chǎn)質(zhì)量，工藝潤(rùn)滑液的運(yùn)行狀況，管理和維護(hù)條件，需求都有所不同。

2、如何解決應(yīng)用中面臨的一些問(wèn)題與挑戰(zhàn)（如下列舉幾個(gè)）

如何提高表面清凈性：使用水基和油基產(chǎn)品都有可能出現(xiàn)殘留和退火油斑的問(wèn)題。例如使用水基產(chǎn)品，水基介質(zhì)和板面間有一層蒸汽障膜如圖6，，當(dāng)溫度較低，蒸汽膜無(wú)法繼續(xù)維持，水基介質(zhì)會(huì)直接潤(rùn)濕板面，與板帶表面結(jié)合力大增，容易帶來(lái)殘留，也給吹掃帶來(lái)很大困難，這是挑戰(zhàn)之一。

如何提高自凈化和抗污染能力：軋制過(guò)程中存在著設(shè)備油泄露，氧化變質(zhì)，鋁粉產(chǎn)生，鋁粉等固體污染，金屬皂基其它污染，水基還有乳化狀態(tài)，菌類滋生等情況，也是面臨的挑戰(zhàn)之一。

冷軋水基潤(rùn)滑液：鋁冷軋油閃點(diǎn)低，有著火危險(xiǎn)，安全性不好，若使用水基產(chǎn)品能彌補(bǔ)油基的不足，消除著火危險(xiǎn)并提高冷卻能力，但水基冷軋液使用還不廣泛，有一些缺點(diǎn)或風(fēng)險(xiǎn)，如1）表面殘留多，2）微生物滋生風(fēng)險(xiǎn)，3）鋁板變色危險(xiǎn)，4）潤(rùn)滑和冷卻均勻性不如油，5）維護(hù)管理難度大，以上風(fēng)險(xiǎn)是水基產(chǎn)品的共同不足之處及面臨的挑戰(zhàn)。

面對(duì)挑戰(zhàn)，通項(xiàng)公司充分考慮并了解各方面因素，選擇最適合的工藝潤(rùn)滑產(chǎn)品（做到量體裁衣），加之良好的服務(wù)和解決問(wèn)題的能力，豐富的產(chǎn)品和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)等，讓用戶達(dá)到滿意的生產(chǎn)和質(zhì)量需要，通項(xiàng)公司眾多用戶是一個(gè)很好的說(shuō)明。

四、小結(jié)

1、鋁合金薄板帶對(duì)性能等方面有各自的特點(diǎn)，但對(duì)表面質(zhì)量都提出高要求，這也為工藝潤(rùn)滑技術(shù)提出更高要求。

2、目前鋁合金薄板帶軋制工藝潤(rùn)滑技術(shù)主要有水基潤(rùn)滑技術(shù)（乳化液，彌散液，合成液）、油基潤(rùn)滑技術(shù)、油水兩相分施技術(shù)等，它們各有特點(diǎn)，據(jù)需選擇。

3、通項(xiàng)公司在工藝潤(rùn)滑領(lǐng)域做了大量的研發(fā)和應(yīng)用工作，其中水基Tandemol技術(shù)（Tandemol 6xxx，5xxx系列產(chǎn)品）和油基Cindol技術(shù)（Cindol 9xxx系列添加劑產(chǎn)品）及其它配套產(chǎn)品在鋁熱軋和冷軋上都得到廣泛和較好的應(yīng)用。除了提供好的潤(rùn)滑，冷卻和清洗性能外，在自凈化、可控性和穩(wěn)定性、大壓下量、高表面質(zhì)量、降低消耗等方面都有上佳和獨(dú)特的表現(xiàn)。

4、鋁合金薄板帶軋制工藝潤(rùn)滑技術(shù)面臨很多挑戰(zhàn)，如何選擇合適的工藝潤(rùn)滑技術(shù)和產(chǎn)品，如何解決應(yīng)用中的問(wèn)題等都非常重要，通項(xiàng)公司通過(guò)工藝潤(rùn)滑技術(shù)和產(chǎn)品選擇，應(yīng)用，過(guò)程控制，問(wèn)題解決，服務(wù)等方面做成努力，配合用戶在生產(chǎn)和質(zhì)量上獲得滿意的結(jié)果。