專利名稱：軋鋁和鋁合金板材的熱軋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軋鋁和鋁合金板材的一種熱軋方法。
本發(fā)明還涉及水溶性鋁和鋁合金熱軋的一種油組合物，由此制備的水包油型乳液，以及所述水包油型乳液在熱軋方法中的用途。
鋁和鋁合金的軋制工業(yè)對軋制金屬的制造方法提出了生產(chǎn)效率最大化的需求。一般來說，這意味著需要更高的軋制速度和需要在每次換班(operating shift)時生產(chǎn)出更多的可出售的產(chǎn)品。另外，還需要為達到給定的壓下量最小化通過軋機的道次。這兩種途徑都要求不得有損于產(chǎn)品的質(zhì)量和表面光潔度。
本發(fā)明因此提供一種應(yīng)用于熱軋機的油組合物，它可以滿足如下的客戶要求-較高的壓縮比在多數(shù)情況下都能實現(xiàn)一道壓縮；-與使用現(xiàn)有技術(shù)的油組合物獲得的軋制能力相比，具有更好的軋制能力(即更低的軋制力和減少軋制功率的消耗)；-改善軋制的表面光潔度質(zhì)量；-更短的乳液磨合(break-in)時間，即獲得最佳粒子粒徑分布所需要的時間；-優(yōu)異的耐腐蝕性能；和-更好的潤滑性能(壓析(plate-out)性能，輥涂(rollcoating))。
本發(fā)明對于任何形式的熱軋都有效，不論可逆與否，在開坯軋機、串列式軋機和串列-橫列聯(lián)合式軋機上都適用。
特別地，本發(fā)明表現(xiàn)出了較大的壓下量和軋制能力，同時在高速軋制過程中可以提供優(yōu)異的帶材表面光潔度。
現(xiàn)有技術(shù)并沒有教導(dǎo)本發(fā)明甚至未對本發(fā)明提出任何建議。
因此，本發(fā)明提供了一種軋制鋁和鋁合金板材的熱軋方法，包括使用有效量的一種水包油型的含水乳液以及一種水溶性油組合物，該油組合物包含基礎(chǔ)油和基于該組合物總重的1-80％，優(yōu)選3-30％重量的己二酸二(2-乙基己基)酯。
根據(jù)一種實施方案，該油組合物還包括基于該組合物總重的0.05-20％，優(yōu)選0.1-5％重量的非離子表面活性劑，如一種環(huán)氧乙烷加成聚合物。這種環(huán)氧乙烷加成聚合物的實例可以是由ICI公司出售的商品名為HypermerA60的環(huán)氧乙烷加成聚合物。
根據(jù)另一種實施方案，該油組合物還包括于該組合物總重的1-30％，優(yōu)選5-20％的油酸。游離的油酸被實際上認為可以使鋁或鋁合金帶材獲得更好的表面光潔度。
本發(fā)明還提供了一種水溶性鋁合鋁合金熱軋油組合物。
本發(fā)明還提供了一種該水溶性油組合物的制備方法。
本發(fā)明還提供了一種含有該油組合物的水包油型乳液以及制備這種乳液的方法。
另外，本發(fā)明提供了本發(fā)明的水溶性油組合物在制備用于鋁或鋁合金熱軋過程的乳液的用途。
最后，本發(fā)明提供了該乳液在熱軋過程中的用途。
本發(fā)明更多的詳細內(nèi)容將在如下的說明書中得以公開

圖1顯示的是，在分別使用現(xiàn)有技術(shù)的乳液和本發(fā)明的乳液的條件下，施加的軋制力和道次數(shù)量之間的關(guān)系圖。
圖2顯示的是，在分別使用現(xiàn)有技術(shù)的乳液和本發(fā)明的乳液的條件下，施加的凈軋制功率和道次數(shù)量之間的關(guān)系圖。
本發(fā)明的水溶性油組合物是純凈的油濃縮物，通常要在水中稀釋制成水包油型乳液。
基礎(chǔ)油可以是任意一種在熱軋過程中典型使用的油料?？梢允擎溚闊N或是環(huán)烷烴。
石蠟族基礎(chǔ)油是由含有相對高的烷烴含量(高含量石蠟烴和異石蠟烴)的原油制備而來。典型的原油產(chǎn)自中東、北海、美國中部。其生產(chǎn)方法需要進行芳烴的去除(通常采用溶劑萃取)和脫蠟。石蠟族基礎(chǔ)油具有良好的粘度/溫度特性，即高粘度指數(shù)、合適的低溫性能以及良好的穩(wěn)定性。它們通常稱作溶劑中性油，此處的溶劑是指基礎(chǔ)油經(jīng)過溶劑精制，而中性是指該油的pH值呈現(xiàn)中性?？商娲姆桨甘歉哒扯戎笖?shù)(HVI)基礎(chǔ)油，它們的粘度指數(shù)可以遍及所有的范圍，從輕質(zhì)錠子油到重質(zhì)高粘度潤滑油料。
環(huán)烷烴基礎(chǔ)油本身具有較低的傾點，不含蠟，具有優(yōu)異的溶解能力。經(jīng)過溶劑萃取和加氫處理可以減少多環(huán)芳烴的含量。
優(yōu)選的基礎(chǔ)油是一種石蠟烴及環(huán)烷烴的混合物。
基礎(chǔ)油典型的粘度范圍為40℃下7-150cSt、優(yōu)選40℃下20-50cSt。
水溶性油組合物優(yōu)選包含三鏈烷醇胺(C2-C4)、優(yōu)選三乙醇胺，其含量使得所有可結(jié)合的三鏈烷醇胺僅與部分油酸相結(jié)合。這種實施的目的是使油組合物中含有游離的油酸。
三鏈烷醇胺與油酸的反應(yīng)物用作表面活性劑。
該水溶性油組合物還可以含有經(jīng)典的添加劑，如表面活性劑、偶聯(lián)劑或助表面活性劑、減摩劑或潤滑劑、緩蝕劑或抗氧劑，極壓劑和抗摩蝕添加劑，殺細菌劑和殺真菌劑、消泡劑、防銹劑。
消泡劑的實例可以基于硅氧烷，特別是聚二甲基硅氧烷。
緩蝕劑的實例可以是受阻酚和二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)。
極壓劑和抗摩蝕添加劑的實例可以分別是磷酸二月桂基酯，亞磷酸雙十二烷基酯，磷酸三烷基酯，如磷酸三(2-乙基己基)酯、磷酸三甲苯酯(TCP)、二烷基(或二芳基)二硫代磷酸鋅(ZDDP)，磷-硫化脂肪油，二烷基二硫代氨基甲酸鋅，硫醇基苯并噻唑，硫化脂肪油，硫化萜烯，硫化油酸，烷基和芳基多硫化物，硫化鯨蠟油，硫化礦物油，氯化硫處理過的脂肪油，黃原酸氯化石腦油酯(chlornaphta xanthane)，十六烷基氯化物，氯化石蠟油，氯化石蠟硫化物，氯化石蠟，和二烷基(或二芳基)二硫代磷酸鋅(ZDDP)，磷酸三甲苯酯(TCP)，磷酸三(二甲苯酯)(TXP)，磷酸二月桂基酯。
緩蝕劑或抗氧劑的實例可以是自由基捕獲劑如酚類抗氧劑(空間位阻的)，胺類抗氧劑，有機銅鹽，氫過氧化物分解劑，丁基化羥基甲苯。
防銹劑的實例可以是鏈烯基琥珀酸酐的胺衍生物。
減摩劑或潤滑劑的實例可以是脂肪酸(C12-20)如月桂酸、油酸、棕櫚酸，烷基酸(C12-20)烷基(C6-10)酯如己二酸二(2-乙基己基)酯。
基礎(chǔ)油和添加劑的更多組成元素可以參閱R.M.Mortier和S.T.Orszulic著作的“Chemistry And Technology of Lubricants”一書，由VCH Publishers出版，1992年第一次出版。
以下是本發(fā)明中水溶性油組合物含量(所有的百分含量都是基于組合物總重的重量百分比)-0.1-0.5％的三烷基(C1-4)酚；-0.5-4.0％的三烷基(C3-10)磷酸酯；-5-15％的己二酸二(2-乙基己基)酯；-5-15％的有機脂肪酸(C12-20)；-0.5-2％的5-羰基4-己基2-環(huán)己烯1-辛酸；-1-3％的烷撐(C2-6)二醇；-0.3-1％的乙氧基化醇類(C5-14，含有2-10個CH2O基團)-2-5％的三鏈烷醇胺(C2-4)；-余量可以是環(huán)烷基和石蠟基潤滑油基礎(chǔ)油的混合物。
該油組合物是由基礎(chǔ)油和其它組分混合，優(yōu)選在攪拌或在任何混合設(shè)備下，同時溫度控制不超過50℃、更優(yōu)選35℃下混合而成的。
水包油型乳液是將本發(fā)明的油組合物于水中在攪拌下稀釋而制備的。優(yōu)選去離子水，并且使用前要加熱至35℃左右。
該乳液一般含有水和基于乳液總體積的0.5-30％的，優(yōu)選1-15％體積的油組合物。
本發(fā)明應(yīng)用的鋁合金可以是任何一種鋁合金，包括1000、2000、3000、5000、6000和7000系列。
熱軋方法是經(jīng)典的方法。被軋制金屬的溫度在開坯軋機上一般為600-650℃左右、在串列式軋機上為400-500℃左右。
方法優(yōu)選在開坯軋機、串列式軋機或是串列-橫列聯(lián)合式軋機上進行。本發(fā)明的水包油型組合物可以顯著減少道次。用現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)乳液，道次數(shù)目典型為13道。而采用本發(fā)明的乳液，可以減少2個道次，這是一個顯著的改進。
當(dāng)熱軋方法在開坯軋機上進行時，乳液優(yōu)選含有基于該乳液總體積的2-4％體積的油組合物。
當(dāng)熱軋方法在精軋機或串列式軋機上進行時，乳液優(yōu)選含有基于該乳液總體積的5-7％體積的油組合物。
下述的實施例說明了本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明。如若不加以聲明，所有份數(shù)和比例都是基于重量的。
實施例組合物可由表1中的組分按照該表中顯示的次序混合制備而成。溫度維持在最高35℃，以保證各種組分完全溶解和均化，而不損及乳液的各種性質(zhì)。
*ICI公司以商品名為HypermerA60出售表1中組合物的特性列于表2之中。
乳液是將表1中的油組合物用預(yù)先加熱至35℃的去離子水進行攪拌稀釋而制備。所得到的乳液的特性如表3所示。
1)乳液的穩(wěn)定性由如下步驟測定。在室溫下或在測試溫度下，將470ml的蒸餾水稱量于一個800ml的燒杯中。將一個50ml的帶有四個槳葉的攪拌器連接在攪拌馬達上，使槳葉距燒杯底部25mm。將一個50ml的滴液漏斗置于燒杯中，使漏斗口離燒杯壁15mm。啟動攪拌器進行攪拌，調(diào)節(jié)攪拌速度為1000rpm。然后將該試驗樣品加熱至35±1℃。將滴液漏斗中的30ml的測試油開始滴加入燒杯，滴加速度控制在120±20秒內(nèi)將全部的油都滴入水中。滴液完成之后繼續(xù)攪拌60秒，并同時保持試樣的溫度為35±1℃。再將得到的乳液倒入一個500ml的量筒內(nèi)，并將之存放在室溫下持續(xù)20個小時。20小時之后，從刻度中讀出上層(黃色乳油+油)的體積百分比。
試驗測試先準(zhǔn)備一個空白試樣，由現(xiàn)有技術(shù)的油組合物稀釋制備而成，該現(xiàn)有技術(shù)油組合物的成分如表4所示
制備兩個乳液，分別用去離子水稀釋本發(fā)明的油組合物及現(xiàn)有技術(shù)的油組合物。
用Sephyζ電勢儀測量的結(jié)果顯示，兩種乳液的ζ電勢(電動電勢)都為-62mV，這說明這兩種乳液都具有很好的穩(wěn)定性。
這兩種乳液都在一臺工業(yè)測試軋機上進行試驗。軋制條件如下所示-軋機型號2high-電動機輸出功率45kW或67kW-輥身直徑760mm-輥身硬度58-61洛氏C硬度-金屬最大寬幅685m-金屬典型寬幅305mm-最大速度30m/min
-入口溫度(鑄錠)450℃-鑄錠尺寸305×610×1650mm-最終厚度25.4mm-乳液體積400l-乳液溫度50℃-乳液濃度5％采用如下程序?qū)γ糠N油進行軋制測試1.先將AA5182型號的鑄錠輕輕刮去表皮，用甲乙酮脫脂并加熱至454℃。
2.將軋輥用稀釋的氫氧化鈉清洗以去除軋輥上以前軋制時的涂層并漂洗干凈。檢測漂洗水的殘余堿性。用表面光度儀測量軋輥表面的粗糙度。
3.用石英管加熱器將軋輥預(yù)加熱至77℃。
4.冷卻劑噴淋流量調(diào)整到200l/min，噴淋頭頂頂部的壓力為6.9×104牛頓/平方米(10psig)，噴淋頭底部的壓力為4.1×105牛頓/平方米(60psig)。
5.將一100厘米(4英寸)厚的AA5182型鑄錠采用如下額定的道次設(shè)計軋制5個道次。軋機速度為18.3米/分鐘。所有的道次軋制方向都是從東向西。在第一種的乳液測試時，記錄下軋機跨度(mill gap)的設(shè)定值，然后在測試剩余乳液時仍重復(fù)使用同樣的跨度。在每道次上，這些設(shè)定的數(shù)值要比額定的所需軋后厚度低1.27mm。
額定的道次設(shè)計道次1100mm-83mm道次283mm-65mm道次365mm-50mm道次450mm-37mm道次537mm-25mm6.從中等長度的25mm厚的試樣上剪切下一條600mm長的試樣，用于后面的陽極氧化處理。剩余兩試樣放回爐中重新加熱。
7.將第二塊鑄錠按照第5、6項所示進行同樣處理。將油濃縮物加入乳液以獲得7％的體積濃度。
8.從最初的鑄錠得到的兩樣條，在重新加熱后在18.3米/分鐘的軋制速度下進行軋制，采用如下額定的道次設(shè)計道次6 25mm-16mm道次7 16mm-9.5mm道次8 9.5mm-5mm9.在經(jīng)過最后的道次后，每個軋制的試樣都經(jīng)熱剪切后成為兩條600mm長的樣條。將這種金屬存放起來，隨后準(zhǔn)備在軋制狀態(tài)下和陽極氧化條件下進行檢驗測試。在軋輥上刻畫的兩條標(biāo)記線的間距，在樣條通過最后的道次后，可在樣條表面進行標(biāo)記距離的測試，從而用于測算前滑。
10.工作輥而后已知區(qū)域通過堿液的萃取采樣，之后測量沉積在其上的鋁的含量。
圖1顯示的是，在AA5182型鋁合金上施加的軋制力(噸)和道次數(shù)量之間的關(guān)系圖。
圖2顯示的是，施加的凈軋制功率(總功率減去軸損耗，kW)和道次數(shù)量之間的關(guān)系圖。
使用本發(fā)明的乳液比現(xiàn)有技術(shù)的乳液平均改善效果達6.4％。
用一條陽極氧化實驗線進行陽極氧化處理，對長約150mm、厚25mm及厚5mm的試樣(參見上面的第6條)進行陽極氧化處理，以突出吸收性能及外觀性能。其過程是1.用非侵蝕性堿洗劑清洗3分鐘。
2.漂洗兩次。
3.用硝酸desmut 2分鐘。
4.漂洗兩次。
5.在15伏特電壓下，置于15％濃度的硫酸中陽極氧化10分鐘。
6.漂洗兩次。
7.干燥。
結(jié)果顯示，在采用本發(fā)明乳液軋制后，鋁或鋁合金板材的表面光潔度的光亮度和均勻性，與使用現(xiàn)有技術(shù)的乳液所獲得的光亮度相類似。
輥涂的測量可按照下述步驟進行。
1.將一有機玻璃、裝有墊圈的夾具粘附并密封在上工作軋輥的中央。該夾具包括一個占軋輥表面20.26平方厘米的容槽(reseroir)。
2.將15毫升1N濃度的氫氧化鈉注射入該容槽，并使之與軋輥表面的鋁輥涂層反應(yīng)約5分鐘。
3.堿性液體隨后從容槽中由注射器取出，置于一個采樣瓶中。
4.將兩次使用的各15毫升去離子水漂洗液由注射器提取出，并置于該采樣瓶中。
5.采樣中鋁的總含量將通過ICP進行測定。
6.輥涂的重量隨后可以計算出，并被表述成毫克鋁每平方厘米輥表面。
采用本發(fā)明的乳液與現(xiàn)有技術(shù)的乳液相比，輥涂的效果要更好。
權(quán)利要求
1.軋制鋁和鋁合金板材的熱軋方法，包括使用有效量的一種含水和一種水溶性油組合物的水包油型乳液，該水溶性油組合物包含基礎(chǔ)油和基于該組合物總重1-80％重量的己二酸二(2-乙基己基)酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱軋方法，其中水溶性油組合物還含有基于該組合物總重的0.05-20％，優(yōu)選0.1-5％重量的非離子表面活性劑，優(yōu)選環(huán)氧乙烷加成聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的熱軋方法，其中水溶性油組合物含有基于該組合物總重的3-30％重量的己二酸二(2-乙基己基)酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的熱軋方法，其中水溶性油組合物還含有基于該組合物總重的1-30％、優(yōu)選5-20％重量的油酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的熱軋方法，其中水溶性油組合物還含有一種三鏈烷醇胺(C2-4)，優(yōu)選三乙醇胺，其用量使得所有可結(jié)合的三鏈烷醇胺僅與部分油酸相結(jié)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的熱軋方法，其中水包油型乳液含有水和0.5-30％，優(yōu)選1-15％體積的所述水溶性油組合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一析項的熱軋方法，其中熱軋方法在開坯軋機上進行，并且使用的乳液含有基于該乳液總體積的2-4％體積的所述水溶性油組合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求11中的熱軋方法，此處的熱軋方法在精軋機或串列式軋機上進行，使用的乳液含有基于該乳液總體積的5-7％體積的所述水溶性油組合物。
9.水溶性鋁和鋁合金熱軋油組合物，含有基于該組合物總重的如下重量百分比的-0.1-0.5％的三烷基(C1-4)酚；-0.5-4.0％的三烷基(C3-10)磷酸酯；-5-15％的己二酸二(2-乙基己基)酯；-5-15％的有機脂肪酸(C12-20)；-0.5-2％的5-羰基4-己基2-環(huán)己烯1-辛酸；-1-3％的烷撐(C2-6)二醇；-0.3-1％的乙氧基化醇類(C5-14，含有2-10個CH2O基團)-2-5％的三鏈烷醇胺(C2-4)；-余量可以是環(huán)烷基和石蠟基潤滑油基礎(chǔ)油的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的水溶性油組合物，其中基礎(chǔ)油在40℃下的粘度范圍為7-150cSt，優(yōu)選40℃下粘度范圍為20-50cSt。
11.制備根據(jù)權(quán)利要求9或10的水溶性油組合物的方法，包括在攪拌下或在任何混合設(shè)備下，將基礎(chǔ)油和其他組分混合。
12.水包油型乳液，包含水和0.5-30％體積比、優(yōu)選1-15％體積比的根據(jù)權(quán)利要求9或10的水溶性油組合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的水包油型乳液的制備方法，包括在攪拌下將油組合物稀釋于水中。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或10的水溶性油組合物的用途，其用來制備用于鋁和鋁合金熱軋方法的乳液。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的水包油型乳液在熱軋方法中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁和鋁合金的熱軋方法，包括使用有效量的一種含水和一種水溶性油組合物的水包油型乳液，該水溶性油組合物包含基礎(chǔ)油和基于該組合物總重的1－80％重量的己二酸二(2－乙基己基)酯。本發(fā)明還涉及水溶性的鋁和鋁合金熱軋油組合物，用該油組合物制備的水包油乳液以及所述水包油乳油在熱軋方法中的用途。
文檔編號C10M111/02GK1398291SQ01804600
公開日2003年2月19日 申請日期2001年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月8日
發(fā)明者F·普林斯, J－Y·克萊爾 申請人:美孚石油法國公司