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前言
高強(qiáng)度鋼板冷軋時，隨著壓下率增加，摩擦系數(shù)下降。相關(guān)研究人員將這種現(xiàn)象定義為塑性加工的微塑性流體潤滑現(xiàn)象。然而，軋輥與軋材界面的微塑性流體潤滑行為尚未明晰。
本研究通過盡可能降低鋼板的軋制速度，消除動壓流體潤滑效果對摩擦系數(shù)的影響，使接觸界面的潤滑形態(tài)幾乎處于邊界潤滑狀態(tài)，并以此研究了軋材表面粗糙度和軋輥表面粗糙度對鋼板冷軋微塑性流體潤滑行為的影響。
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軋材表面粗糙度影響
軋制試驗使用2輥試驗軋機(jī)，軋棍材料為5Cr鋼，軋輥表面粗糙度0.036μmRa，直徑150mm。試驗用軋材為厚度0.8mm、寬度30mm、長度400mm的普通拋光鋼板。對軋材分別施加5%、10%、20%的拉伸應(yīng)變，制成表面粗糙度分別為0.12μmRa、0.23μmRa、0.42μmRa的試樣。
軋制試驗使用的軋制油是黏度為17.8mPa·s（20℃）的石蠟礦油。軋制試驗溫度（20±2℃），軋制速度恒定低速（10m/min），壓下率10%-40%。
使用3種不同表面粗糙度的試樣，在改變壓下率的情況下進(jìn)行軋制試驗，測得軋制力及摩擦系數(shù)與壓下率的關(guān)系如圖1所示。從圖1（a）可以看出，隨著試樣表面粗糙度增大，軋制力減小，表明軋輥的表面粗糙度對冷連軋中軋輥與材料之間接觸界面的摩擦學(xué)特性有顯著影響。
微觀解析表明，所有試樣均存在微觀塑性流體潤滑現(xiàn)象。在壓下率約為15%時，凹部被壓平。隨著壓下率的增加，凹部沿軋制方向被拉伸，凹部中留存的軋制油會產(chǎn)生靜水壓力，并向油坑周邊滲出。表面粗糙度較大的鋼板，從凹部滲出的油量更多，由于微觀塑性流體潤滑的作用，摩擦系數(shù)也更低。
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軋輥表面粗糙度影響
試驗用軋機(jī)、軋輥與前述試驗相同。用砂紙將軋輥表面粗糙度打磨至0.036μmRa、0.11μmRa、0.22μmRa、0.29μmRa、0.40μmRa和0.51μmRa。試驗用軋材是厚度0.76mm、寬度30mm、長度400mm的普通拋光鋼板。鋼板屈服強(qiáng)度220MPa、表面粗糙度0.64μmRa。軋制油、軋制溫度、軋制速度及壓下率同前。
由圖2（a）可以看出，隨著軋輥表面粗糙度增大，軋制力增加，表明軋輥的表面粗糙度對冷連軋中軋輥與材料之間接觸界面的摩擦特性有著顯著影響。
圖2（b）展示了6種表面粗糙度軋輥的反推摩擦系數(shù)與壓下率關(guān)系。從圖中可以確認(rèn)，隨著軋輥粗糙度增大，各壓下率下的摩擦系數(shù)均在增加。
微觀解析表明，使用表面粗糙度為0.11μmRa的軋輥軋制后的試樣，與改變試樣表面粗糙度時的情況相同，能夠確認(rèn)存在微觀塑性流體潤滑現(xiàn)象。使用表面粗糙度為0.29μmRa的軋輥，當(dāng)壓下率約為15%，被壓平的凹部深度比使用0.11μmRa軋輥時淺，當(dāng)壓下率超過20%左右時，凹部變得非常小，且數(shù)量在減少。在使用表面粗糙度為0.51μmRa的軋輥時，被壓平的凹部幾乎沒有深度，在壓下率較高的地方，軋輥的研磨痕跡被轉(zhuǎn)移到鋼板上，可以認(rèn)為微觀塑性流體潤滑現(xiàn)象難以發(fā)生。
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結(jié)論
在使用光滑表面軋輥進(jìn)行冷連軋時，軟鋼板上會明顯發(fā)生微觀塑性流體潤滑現(xiàn)象，且軋材和軋輥的表面粗糙度對微塑性流體潤滑的發(fā)生狀況、軋制力及摩擦系數(shù)均有顯著影響。
