钢铁热轧用水基纳米润滑剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钢铁热轧用水基纳米润滑剂及其制备方法，其中该润滑剂组分包括无机纳米颗粒、用于控制分散性和粘度的添加剂和去离子水组成，所述无机纳米颗粒的重量百分比为1.1％～20％，所述添加剂为相对于所述无机纳米颗粒的重量百分比为1％～10％。

Using water-based nano lubricant and preparation method of hot rolled steel

The invention discloses a water-based nano lubricant and preparation method of hot rolled steel, wherein the lubricant composition includes inorganic nanoparticles, additives and deionized water is used to control the dispersion and the viscosity of the composition, the weight percentage of inorganic nano particles is 1.1% ~ 20%, the additive is relative to the weight percentage of the inorganic nano particles is 1% ~ 10%.

【技术实现步骤摘要】
钢铁热轧用水基纳米润滑剂及其制备方法
本专利技术涉及钢铁热轧过程中的一种环境友好型润滑剂，具体地说，涉及一种水基纳米润滑剂及其制备方法。
技术介绍
在各个工业领域的制造过程中，润滑剂在降低摩擦和轧辊磨损方面起到至关重要的作用，并且能提高生产效率和产品质量。因此，在制造产业中，提高润滑系统的有效性是一个重要的课题。尤其在钢铁制造业中，润滑系统对轧制过程至关重要。因为它可以显著降低轧制力和摩擦，并减小轧机振动，进而提高带材的表面质量和尺寸精度，减少轧辊磨损和轧机能量消耗。然而，研究润滑剂的制备一直以来是满足新标准的挑战之一。随着钢铁产品质量和性能要求的不断提高，现有的润滑系统已不适合于高温轧制条件，所以迫切需要开发新的润滑系统，进而优化热轧工艺过程。热轧用润滑系统需要满足低摩擦、低磨损和低功耗的要求，且可以控制表面粗糙度和冷却效果。为了达到这些标准，润滑剂必须均匀地润湿且附着在轧辊表面上，并在退火炉中容易被分解，以免在钢的表面引起不必要的着色或粘结。此外，润滑剂必须便于终端用户安全操作，且在操作中具有成本效益。润滑剂的耐腐蚀特性要求对于保护轧辊和轧制的金属制品也是很有必要的。特别地，有效的润滑系统必须具备在高温和高压的苛刻轧制条件下的热稳定性。水油乳化剂广泛应用于钢制造业的热轧过程。为了提高油基润滑剂的润滑效果，人们对油的类型和浓度及供给方法包括喷嘴的尺寸、喷射角度和宽度以及安装位置的影响进行了广泛的研究。例如，通过控制不同水油乳化剂配方，即不同油的种类或油和水的比例，即可控制轧辊和轧制金属表面之间的界面性能，进而降低轧制力和轧辊磨损。此外，供给方法也是控制油基润滑的一个重要部分，因为通过控制喷嘴的大小和喷射的角度和宽度，可以使油膜能均匀地附着在轧辊表面以实现耗油量最小化。然而，在热轧过程中，传统的含油润滑系统的使用产生大量的残余有机污染物，其中包含由微生物生长所产生的生物污垢以及作为边界润滑添加剂的脂肪酸，使得形成的油相具有高的粘度，从而导致轧制润滑的不均匀性，进一步影响实际润滑效果并增加了该润滑系统的维护成本。此外，在钢的热轧工艺润滑过程中，大量的含油乳化剂的消耗会引发复杂的环境问题，例如，废弃润滑剂的排放所导致的水污染问题，以及润滑剂在高温下燃烧所导致的空气污染问题。为了在热轧过程中以环境友好型的润滑系统取代传统的油基润滑系统，人们对固体润滑剂也进行了相关研究。含硼酸添加剂的石墨基润滑剂已用于热轧无缝钢管生产过程中的芯棒润滑，其中硼酸作为抗氧化剂，以防止石墨颗粒氧化。该石墨基润滑剂的应用有利于改善润滑效果。而值得关注的是，石墨因其不规则的形态特征限制了对轧辊打滑的控制。此外，加入的硼酸能潜在地腐蚀轧辊表面和轧材。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种能源节约型和环境友好型水基纳米润滑剂，其可以改善钢铁热轧过程中的润滑性能，满足热轧过程中对润滑剂的应用要求。本专利技术所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。一种钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其组分包括无机纳米颗粒、用于控制分散性和粘度的添加剂和去离子水组成，所述无机纳米颗粒的重量百分比为1.1％～20％，所述添加剂的量为相对于所述无机纳米颗粒重量百分比的1％～10％。作为本技术方案的进一步改进，所述无机纳米颗粒选自一系列不同纳米尺寸的、一种或几种以下金属的氧化物颗粒：Al、Zr、Zn和Ti。也作为本技术方案的进一步改进，所述氧化物颗粒的初始粒径分布范围为20-800纳米。作为本专利技术的优选实施例之一，所述金属氧化物为混合比例为1：3至1：5重量份的Al2O3和TiO2的混合物,或上述混合比例范围的ZnO和TiO2的混合物,或上述混合比例范围的ZrO2和TiO2的混合物。还作为本技术方案的进一步改进，所述润滑剂的pH值为4-9。其中，所述润滑剂的pH值优选6。又作为本技术方案的进一步改进，所述无机纳米颗粒的重量百分比为2％～8％。其中，优选4％。还作为本技术方案的进一步改进，所述用于控制分散性和粘度的添加剂为非离子表面活性剂。作为本专利技术的优选实施例之一，所述添加剂相对于所述无机纳米颗粒的重量百分比为5％～10％。其中，所述金属氧化物纳米颗粒可以用以下添加剂中的至少一种进行表面改性：丙三醇、乙二醇、聚乙二醇(PEG)、TritonX-100、TWEEN20、TWEEN40以及TWEEN60。并且，所述添加剂选自丙三醇、乙二醇和/或聚乙二醇(PEG)时，其相对于纳米颗粒的重量百分比为1％至10％；所述添加剂选自TritonX-100、TWEEN20、TWEEN40和/或TWEEN60时，其相对于纳米颗粒的重量百分比为1％至5％。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种上述钢铁热轧用水基纳米润滑剂的制备方法。其中，所述的无机纳米颗粒采用溶胶-凝胶法或水热法制备。并且，在制备所述润滑剂时，包括将无机纳米颗粒与去离子水混合后对所形成混合液进行超声处理的步骤。所述超声处理的超声条件为：超声功率400瓦，超声强度50％至70％，超声温度20℃，开关间歇5秒，超声时间5至30分钟。作为该方法的优选实施例，所述超声时间为10分钟。也作为该方法的优选实施例，所述超声强度为50％。还作为该方法的优选实施例，所述添加剂相对于所述纳米颗粒的重量百分比为1％。进一步，所述超声处理包括以下先决条件：a、无机纳米颗粒的溶液处于循环的冷却器系统下；b、添加剂加入到分散的无机纳米颗粒溶液中形成水基纳米混合物。作为本制备方法的进一步改进，所述添加剂为能与水互溶的非离子表面活性剂。其中，所述非离子型表面活性剂为脂肪酸中的聚乙二醇酯、脂肪醇中的聚乙二醇酯或脂肪酸酯化的脂肪醇中的聚乙二醇酯。本专利技术提供了一种无机纳米颗粒作为水中添加剂的新型润滑剂及其制备方法，通过含有功能性的无机纳米颗粒的水基胶体系统作为热轧用纳米润滑系统，解决了传统油基润滑剂和石墨基固体润滑剂的使用所引发的一系列问题，钢铁热轧过程中的润滑性能具有较大改善，例如降低轧制力、减少轧辊磨损、冷却轧辊效果好、无毒性，以及具有可回收性等优点。并且，此水基纳米润滑系统具有低成本、环境友好型和可持续发展型的特点。附图说明图1为使用含不同浓度的纳米颗粒润滑剂进行摩擦磨损实验后的试盘的磨痕深度；图2为使用含不同浓度纳米颗粒润滑剂进行850℃热轧实验后的轧件表面粗糙度；图3为使用含不同浓度纳米颗粒润滑剂进行热轧实验后的轧制力。具体实施方式本专利技术提供一种适用于钢热轧加工过程中的有效的水基纳米润滑系统。纳米润滑剂的组成包括无机纳米颗粒(重量百分比为1.1％-20％)，用于控制分散性和粘度的添加剂(相对于纳米颗粒的重量百分比为1％-10％)和去离子水。并且，合适的纳米颗粒尺寸在20至800纳米之间。该纳米润滑剂由稳定的胶体溶液所组成，其中包含优选的不同浓度的无机纳米颗粒以及一种或一种以上的用以控制分散性和粘度的添加剂。所应用的无机纳米颗粒是在可控的pH和温度下，采用溶胶-凝胶法或水热法制备的，纳米颗粒的尺寸可以通过控制合成条件来调节。所制备的纳米颗粒的尺寸分布的单分散范围最好在20纳米至800纳米。在可控的pH条件下，为确保溶液的单分散颗粒分布和长期稳定性，商用的无机纳米颗粒可通过进一步的优化分散过程来制备水基纳米润滑剂。满本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其组分包括无机纳米颗粒、用于控制分散性和粘度的添加剂和去离子水，所述无机纳米颗粒的重量百分比为1.1％～20％，所述添加剂的量为相对于所述无机纳米颗粒重量百分比的1％～10％。

【技术特征摘要】
1.一种钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其组分包括无机纳米颗粒、用于控制分散性和粘度的添加剂和去离子水，所述无机纳米颗粒的重量百分比为1.1％～20％，所述添加剂的量为相对于所述无机纳米颗粒重量百分比的1％～10％。2.根据权利要求1所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述无机纳米颗粒选自一系列不同纳米尺寸的、一种或几种以下金属的氧化物颗粒：Al、Zr、Zn和Ti。3.根据权利要求2所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述氧化物颗粒的初始粒径分布范围为20-800纳米。4.根据权利要求2或3所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述金属氧化物为混合比例1:3至1：5重量份的Al2O3和TiO2的混合物,或ZnO和TiO2的混合物,或ZrO2和TiO2的混合物。5.根据权利要求1所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述润滑剂的pH值为4-9。6.根据权利要求5所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述润滑剂的pH值为6。7.根据权利要求1所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述无机纳米颗粒的重量百分比为2％～8％。8.根据权利要求1所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述无机纳米颗粒的重量百分比为4％。9.根据权利要求1所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述用于控制分散性和粘度的添加剂为非离子表面活性剂。10.根据权利要求1所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述添加剂相对于所述无机纳米颗粒的重量百分比为5％～10％。11.根据权利要求1或9所述的钢铁热轧用水基纳米润滑剂，其特征在于，所述金属氧化物纳米颗粒用以下添加剂中的至少一种进行表面改性：丙三醇、乙二醇、聚乙二醇、TritonX-...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄含，姜正义，焦四海，王连洲，吴辉，何安顺，尹晶湖，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31