Het doel van koudwalsen van metaalplaat is de dikte te verminderen en de gewenste oppervlaktekwaliteit te verkrijgen. Diktevermindering is een vervormingsproces onder hoge krachten met warmteontwikkeling. Een koelvloeistof wordt gebruikt om deze warmte te verwijderen van de plaat en de walsen. Bovendien moet de wrijving tussen de werkwalsen en de band onder controle gehouden worden en speciaal voor hoge oppervlaktekwaliteitseisen wordt zuivere koudwalsolie gebruikt als smeer- en koelvloeistof.
Rolbeet
De walsbeet verwijst naar de zone waar de metalen strip in de spleet tussen twee roterende werkwalsen komt. Tijdens het koudwalsen ondergaat het materiaal plastische vervorming door de compressiekrachten die door de walsen worden uitgeoefend. De druk in dit gebied is extreem hoog en het materiaal ondergaat zowel schuif- als normaalspanningen terwijl het er doorheen gaat.
Het walsbeetgebied is cruciaal omdat het een directe invloed heeft op de diktevermindering, oppervlaktekwaliteit en mechanische eigenschappen van het gewalste materiaal. Het smeermiddel in de walsbeet speelt een belangrijke rol bij het beheersen van de temperatuur en wrijving tijdens het vervormingsproces. Slijtagebescherming en een goede oppervlaktekwaliteit van de band worden bereikt met een goed ontworpen smeermiddel met zorgvuldig geselecteerde additieven.
Smering
Normaal gesproken zorgt een volle oliefilm tussen twee lichamen voor optimale smering. De wrijving wordt bepaald door de interne wrijving in de olie. De metalen oppervlakken raken elkaar niet en er is dus geen wrijving door direct contact. Omdat er geen contact is tussen de twee metalen oppervlakken, treedt er ook geen slijtage op.
Een smering met een volledige smeerfilm laat echter geen grote krachten door van de werkrol naar de metalen strip. Bijgevolg is er onvoldoende kracht beschikbaar voor plastische vervorming en is plaatdiktevermindering niet mogelijk. Ook is de wrijving te laag voor de gewenste grip en als deze hydrodynamische volfilmsmering optreedt bij koudwalsen, is het gevolg slippen. Een hydrodynamische volfilm smering wordt bevorderd door een verhoogde viscositeit en/of snelheid.
Het gewenste smeerregime bij koudwalsen is het zogenaamde gemengde regime, een combinatie van hydrodynamische en grensregimes. In dit regime treedt metaal-metaalcontact op, typisch op de asperiteiten aan het oppervlak van de band en de werkwals.
In dit gemengde smeergebied kan het metaal-metaalcontact leiden tot koudlassen of overmatige slijtage, wat resulteert in oppervlaktedefecten. Om deze oppervlaktedefecten te voorkomen of te verminderen, is een sterke moleculaire beschermlaag nodig.
Oppervlaktebescherming op moleculair niveau
Metalen als zodanig hebben geen polair oppervlak omdat ze een vrij bewegende elektronenwolk hebben. Afhankelijk van de omstandigheden kunnen ze echter elektrische ladingen aan hun oppervlak hebben. Deze kunnen afkomstig zijn van verschillende bronnen zoals vervorming en wrijving. Ook een dunne oxidatielaag kan werken als een geïnduceerde dipool, waarbij de oxide-eenheden een bepaalde polariteit vertonen en de ladingsverdeling aan het oppervlak beïnvloeden.
Een optimaal ontworpen koudwalsolie bevat specifieke additieven om een moleculaire beschermlaag te creëren die metaal-metaalcontact tussen de wals en de metaalplaat voorkomt of vermindert. Gewoonlijk bevat koudwalsolie voor dit doel smeermoleculen en EP-moleculen (extreme druk). Afhankelijk van de vereisten kunnen dit vrij eenvoudige combinaties zijn, maar er kan ook technologie met meerdere niveaus worden toegepast.
Deze additieven bestaan meestal uit een polaire kop en een apolaire staart. De polaire kop wordt aangetrokken door de elektrische ladingen op het metaaloppervlak. De apolaire staart lijkt erg op oliemoleculen. Hierdoor geven deze additieven er de voorkeur aan zich naar het metaaloppervlak te verplaatsen en voor bevochtiging te zorgen. Dit in tegenstelling tot oliemoleculen, die liever bij elkaar blijven dan het metaaloppervlak te bevochtigen.
Kleine smeermoleculen kunnen zich snel naar het metaaloppervlak verplaatsen en zorgen voor de noodzakelijke snelle homogene bevochtiging van de oppervlakken van de werkrol en de metalen strip. Hierdoor zorgen ze voor de initiële smering en oppervlaktebescherming. Bij sterkere walskrachten zijn ze echter mogelijk niet in staat om de bescherming te behouden en dan nemen grotere smeermoleculen het over. Afhankelijk van de procesomstandigheden kan het dus nodig zijn om additieventechnologie met meerdere smeerniveaus toe te passen.
Wanneer de rolkrachten verder toenemen, is een sterkere aantrekkingskracht tussen de polaire koppen en het metaaloppervlak vereist. Smeermoleculen zijn gebaseerd op chemisorptie en daarom beperkt in aantrekkingskracht. Daarom zijn chemische bindingen het antwoord bij sterkere walskrachten. De EP-moleculen kunnen omkeerbare metaal-additieve chemische bindingen vormen. EP-moleculen hebben ook polaire koppen en gedragen zich aanvankelijk als smeermoleculen. Maar bij plaatselijk hoge energie (bijv. kracht, temperatuur) kunnen ze reageren met het metalen oppervlak van de werkrol in plaats van weggeduwd te worden. De gevormde dunne EP-laag is van fundamenteel belang voor de bescherming tegen metaal-metaalcontact bij hoge krachten en veel oppervlaktedefecten kunnen worden verminderd of geëlimineerd door zorgvuldig geselecteerde EP-additieventechnologie.
Opmerkingen
Q8Oils werkt nauw samen met klanten om hun koudwalsproces te verbeteren met aangepaste oliesamenstellingen. Een belangrijk onderdeel van de verbeteringen is een correct begrip van de koudwalserijen, de werkingsparameters en andere stappen in het volledige proces. Optimalisatie voor elke koudwalserij afzonderlijk kan de beste prestaties en productiviteit opleveren.
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met ons walsteam bij Q8Oils.
