基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法

摘要

本发明公开了基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法。该方法是将一块待轧制的金属板材表面清洗，或将数块待轧制的金属板材的待复合表面打磨，清洗，组坯，采用冷轧方法将一块金属板材或数块金属板材组好的坯料送入波纹辊轧机进行第一道次轧制，然后再将其送入平辊轧机进行第二道次轧制，在两道次轧制过程中分别向波纹辊轧机的波纹辊及平辊和平辊轧机的上、下轧辊均匀喷涂由水、油和纳米粒子配置的纳米润滑剂，轧制后得到单层或复合金属板，再进行热处理、矫直等工序，制成金属板成品。本发明不仅可以延长轧辊的使用寿命，而且显著提高金属板材的表面质量，解决了在金属板材波纹辊冷轧过程中存在的板形翘曲及表面质量差等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及轧制技术领域，具体涉及一种基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法。

背景技术

金属板材主要包括单层板材和复合板材，复合板材因具有单一金属或合金无法比拟的优异综合性能，而成为近年来国家重点发展的金属结构材料之一。

轧制法是金属板材的主要制备方法之一，具有稳定连续化生产的优势。对于复合板材来说，其轧制制备是待复合金属板材在轧机的强大轧制压力作用下破碎异种金属接触表面的覆膜，并在整个接触面内产生塑性流动，从表层裂口挤出的新鲜基体金属发生紧密接触进而产生微观尺度的原子反应，最终金属层间接触界面形成一定强度的冶金结合。

目前，人们对金属板材的板形以及表面质量的要求越来越高。然而，在金属板材波纹辊冷轧过程中，仍存在板形翘曲以及表面质量差等问题。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法，通过在冷轧过程中喷涂纳米润滑剂，不仅有效延长轧辊的使用寿命，而且可明显提高金属板材的表面质量，解决了目前在金属板材波纹辊冷轧过程中存在的板形翘曲以及表面质量差等问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法，包括以下步骤：

步骤1，准备一块待轧制的金属板材进行轧制，或准备数块待轧制的金属板材进行轧制复合；当选用一块待轧制的金属板材进行轧制时，将待轧制的金属板材表面清洗干净备用；当选用数块待轧制的金属板材进行轧制复合时，首先将数块金属板材的待复合表面进行打磨，使新鲜金属暴露，再将打磨过的数块金属板材表面清洗干净，最后将清洗干净的数块金属板材进行对合叠放，并绑定在一起，完成组坯；

步骤2，将水、油和纳米粒子按照比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；

步骤3，将步骤1中清洗干净待轧制的一块金属板材或数块金属板材组好的坯料送入波纹辊轧机进行第一道次轧制，轧制过程中向波纹辊及平辊均匀喷涂步骤2中配置好的纳米润滑剂，轧制后得到单层或复合波纹板；

步骤4，将步骤3中第一道次得到的单层或复合波纹板送入平辊轧机进行第二道次轧制，轧制过程中向上、下轧辊均匀喷涂步骤2中配置好的纳米润滑剂，轧制后得到表面质量良好的单层或复合金属板；

步骤5，将轧制得到的单层或复合金属板进行热处理，矫直，切边，分段，制成金属板成品。

进一步，所述步骤1中数块待轧制的金属板材为两块或两块以上；数块待轧制的金属板材中的每块厚度为1-6mm，轧制复合前数块金属板材的厚度相同或不同，材质相同或不同。

再进一步，所述步骤1中的清洗具体是使用无水乙醇进行清洗。

更进一步，所述步骤1中的打磨具体是使用钢刷进行打磨，使新鲜金属暴露；绑定具体是使用铆钉或铝丝将数块金属板材绑定在一起。

更进一步，所述步骤2配置的纳米润滑剂中，油的质量分数为1％-4％，纳米粒子的质量分数不大于4％，其余为水。

更进一步，所述步骤2中的纳米粒子为为金属氧化物、石墨烯或氧化石墨烯，其中金属氧化物为TiO

更进一步，所述步骤3中波纹辊轧机的上轧辊为波纹辊，下轧辊为平辊。

更进一步，所述步骤3中第一道次轧制的压下率大于30％。

更进一步，所述步骤4中第二道次轧制的压下率大于25％。

更进一步，所述金属板材为铜、铝、铜合金或铝合金。

本发明的方法适用于两层或两层以上金属板材的轧制复合，也适用于单层金属板材的轧制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在轧制过程中喷涂纳米润滑剂，可减小金属板材轧制时的摩擦系数，降低轧制力，从而有效延长轧辊的使用寿命。

2、本发明所使用的纳米润滑剂可实现回收再利用，降低工艺成本，减少因润滑剂排放对环境造成的污染。纳米粒子在波纹辊轧制过程中起到滚珠、抛光、填充修复和形成保护膜等作用，可显著提高金属板材的表面质量。

3、本发明通过改善金属板材表层金属的流动性，可减小金属板材的残余应力，有效改善板形翘曲程度。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

图2是无润滑状态下轧制铝合金板材波峰3D图像。

图3是实施例5中纳米润滑状态下轧制铝合金板材波峰3D图像。

图4是无润滑状态下轧制铝合金板材波谷3D图像。

图5是实施例5中纳米润滑状态下轧制铝合金板材波谷3D图像。

图中，1-第一喷射系统，2-第二喷射系统，3-第三喷射系统，4-第四喷射系统。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

如图1所示，一种基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法，包括以下步骤：

步骤1，将一块厚度为1-2mm的铜合金板材、一块厚度为1-2mm的铝合金板材的待复合表面用钢刷打磨，使新鲜金属暴露；

步骤2，将步骤1中打磨过的金属板材表面用无水乙醇清洗；

步骤3，将步骤2中处理过的两块金属板材进行对合叠放，使用铆钉或铝丝将两块板材绑定在一起，完成组坯；

步骤4，将水、轧制润滑油和纳米粒子按照95：4：1(质量分数)的比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；其中纳米粒子为ZnO，粒径为20nm；

步骤5，将步骤3中组好的坯料送入波纹辊轧机进行第一道次轧制复合，其中铜合金面向波纹辊，并使得第一道次轧制压下率大于30％。轧制过程中用第一喷射系统1向波纹辊、第二喷射系统2向平辊均匀喷涂步骤4中配置好的纳米润滑剂，使整个波纹辊及平辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到复合波纹板。所用波纹辊轧机的上轧辊为波纹辊，下轧辊为平辊；

步骤6，将步骤5中第一道次得到的复合波纹板送入平辊轧机进行第二道次轧制，压下率大于25％。轧制过程中用第三喷射系统3向上轧辊、第四喷射系统4向下轧辊均匀喷涂步骤4中配置好的纳米润滑剂，使整个上、下轧辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到表面质量良好的复合金属板。所用平辊轧机的上、下轧辊均为平辊；

步骤7，将轧制得到的复合金属板进行热处理，矫直，切边，分段，制成金属板成品。

实施例2

如图1所示，一种基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法，包括以下步骤：

步骤1，将一块厚度为3-4mm的铜合金板材、一块厚度为3-4mm的铝合金板材的待复合表面用钢刷打磨，使新鲜金属暴露；

步骤2，将步骤1中打磨过的金属板材表面用无水乙醇清洗；

步骤3，将步骤2中处理过的两块金属板材进行对合叠放，使用铆钉或铝丝将两块板材绑定在一起，完成组坯；

步骤4，将水、轧制润滑油和纳米粒子按照95：2：3(质量分数)的比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；其中纳米粒子为Fe

步骤5，将步骤3中组好的坯料送入波纹辊轧机进行第一道次轧制复合，其中铜合金面向波纹辊，并使得第一道次轧制压下率大于30％。轧制过程中用第一喷射系统1向波纹辊、第二喷射系统2向平辊均匀喷涂步骤4中配置好的纳米润滑剂，使整个波纹辊及平辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到复合波纹板。所用波纹辊轧机的上轧辊为波纹辊，下轧辊为平辊；

步骤6，将步骤5中第一道次得到的复合波纹板送入平辊轧机进行第二道次轧制，压下率大于25％。轧制过程中用第三喷射系统3向上轧辊、第四喷射系统4向下轧辊均匀喷涂步骤4中配置好的纳米润滑剂，使整个上、下轧辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到表面质量良好的复合金属板。所用平辊轧机的上、下轧辊均为平辊；

步骤7，将轧制得到的复合金属板进行热处理，矫直，切边，分段，制成金属板成品。

实施例3

如图1所示，一种基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法，包括以下步骤：

步骤1，将一块厚度为1-2mm的铜合金板材、一块厚度为5-6mm的铝合金板材、一块厚度为1-2mm的铜合金板材的待复合表面用钢刷打磨，使新鲜金属暴露；

步骤2，将步骤1中打磨过的金属板材表面用无水乙醇清洗；

步骤3，将步骤2中处理过的三块金属板材按照铜/铝/铜的顺序进行对合叠放，使用铆钉或铝丝将三块板材绑定在一起，完成组坯；

步骤4，将水、轧制润滑油和纳米粒子按照93：3：4(质量分数)的比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；其中纳米粒子为石墨烯纳米片，纳米片厚度为10nm；

步骤5，将步骤3中组好的坯料送入波纹辊轧机进行第一道次轧制复合，其中铜合金面向波纹辊，并使得第一道次轧制压下率大于30％。轧制过程中用第一喷射系统1向波纹辊、第二喷射系统2向平辊均匀喷涂步骤4中配置好的纳米润滑剂，使整个波纹辊及平辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到复合波纹板。所用波纹辊轧机的上轧辊为波纹辊，下轧辊为平辊；

步骤6，将步骤5中第一道次得到的复合波纹板送入平辊轧机进行第二道次轧制，压下率大于25％。轧制过程中用第三喷射系统3向上轧辊、第四喷射系统4向下轧辊均匀喷涂步骤4中配置好的纳米润滑剂，使整个上、下轧辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到表面质量良好的复合金属板。所用平辊轧机的上、下轧辊均为平辊；

步骤7，将轧制得到的复合金属板进行热处理，矫直，切边，分段，制成金属板成品。

实施例4

如图1所示，一种基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法，包括以下步骤：

步骤1，将一块厚度为5-6mm的铜合金板材表面用无水乙醇清洗；

步骤2，将水、轧制润滑油和纳米粒子按照98：1：1(质量分数)的比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；其中纳米粒子为Al

步骤3，将步骤1中清洗干净的铜合金板材送入波纹辊轧机进行第一道次轧制，使得第一道次轧制压下率大于30％。轧制过程中用第一喷射系统1向波纹辊、第二喷射系统2向平辊均匀喷涂步骤2中配置好的纳米润滑剂，使整个波纹辊及平辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到波纹板。所用波纹辊轧机的上轧辊为波纹辊，下轧辊为平辊；

步骤4，将步骤3中第一道次得到的波纹板送入平辊轧机进行第二道次轧制，压下率大于25％。轧制过程中用第三喷射系统3向上轧辊、第四喷射系统4向下轧辊均匀喷涂步骤2中配置好的纳米润滑剂，使整个上、下轧辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到表面质量良好的金属板。所用平辊轧机的上、下轧辊均为平辊；

步骤5，将轧制得到的金属板进行热处理，矫直，切边，分段，制成金属板成品。

实施例5

如图1所示，一种基于纳米润滑提高波纹辊冷轧金属板材表面质量的方法，包括以下步骤：

步骤1，将一块厚度为3-4mm的铝合金板材表面用无水乙醇清洗；

步骤2，将水、轧制润滑油和纳米粒子按照97：1：2(质量分数)的比例混合并进行高速搅拌和超声振动处理，配置好纳米润滑剂；其中纳米粒子为TiO

步骤3，将步骤1中清洗干净的铝合金板材送入波纹辊轧机进行第一道次轧制，使得第一道次轧制压下率大于30％。轧制过程中用第一喷射系统1向波纹辊、第二喷射系统2向平辊均匀喷涂步骤2中配置好的纳米润滑剂，使整个波纹辊及平辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到波纹板。所用波纹辊轧机的上轧辊为波纹辊，下轧辊为平辊；

步骤4，将步骤3中第一道次得到的波纹板送入平辊轧机进行第二道次轧制，压下率大于25％。轧制过程中用第三喷射系统3向上轧辊、第四喷射系统4向下轧辊均匀喷涂步骤2中配置好的纳米润滑剂，使整个上、下轧辊表面均匀覆盖纳米润滑剂，轧制后得到表面质量良好的金属板。所用平辊轧机的上、下轧辊均为平辊；

步骤5，将轧制得到的金属板进行热处理，矫直，切边，分段，制成金属板成品。

图3和图5分别是本实施例在纳米润滑状态下轧制铝合金板材的波峰3D图像及波谷3D图像，与无润滑状态下轧制铝合金板材波峰3D图像及波谷3D图像相比，可以看出，无润滑状态下轧制铝合金板材波峰与波谷表面粗糙，纳米润滑状态下轧制铝合金板材波峰与波谷表面较为光滑，表面质量得到了较好的改善。

本发明的待轧制金属板材不限于上述实施例中的金属材料，还可以为铜或铝。上述实施例中待复合的金属板材的材料相同，或异种材料组合均可；上述实施例中的纳米粒子还可以为CuO、ZrO