板带钢轧制生产向着连续化、自动化、高效率、节能环保的方向发展,使轧制工艺润滑技术得到了前所未有的重视和应用。随着全球范围内能源危机和环境污染日趋严峻,对钢铁行业也提出了实行节能减排、清洁生产的要求。油基轧制润滑剂在使用过程中存在着操作环境恶劣、易腐败变质、油泥难处理等诸多问题,而且难以满足日渐苛刻的生产条件,因此水基轧制液受到越来越多的关注。水基轧制液的快速发展表现出优良的冷却性、清洗性、经济性和安全性等诸多优点,然而也存在着润滑性能不足、防锈性能差等问题。为了解决油基轧制润滑剂及水基轧制液存在的上述问题,需要对新型轧制润滑剂及轧制润滑理论进行深入的研究。随着纳米润滑技术的提出及发展为解决油基润滑剂存在的问题和水基轧制液的缺点提供了新的思路。本文采用物理分散和化学分散相结合的方法实现了纳米TiO2在水基体系中的稳定分散,同时添加了其他水溶性的功能添加剂,按照一定工艺流程制备了适用于热轧及冷轧的全新水基纳米轧制液。通过摩擦学性能、润湿性能及黏度、轧制润滑性能、轧后表面质量等方面对所制备的水基纳米轧制液进行了系统的综合研究,为解决油基润滑剂存在的问题提供了技术途径和条件,对促进轧制润滑技术和纳米轧制液的发展具有十分重要的意义。通过对全新水基纳米轧制液摩擦学性能、摩擦磨损性能研究表明,添加纳米TiO2明显提高水基轧制液承载能力、降低摩擦系数和磨斑直径,摩擦副磨损表面得到显著改善。热轧及冷轧润滑试验表明,使用水基纳米轧制液能够有效降低轧制力,改善轧后表面质量；同时,纳米TiO2的添加提高了水基轧制液的缓蚀性能,冷轧板带钢退火清净性优于乳化液。通过Gleeble热压缩实验表明纳米TiO2具有优异的热分解稳定性和高温润滑性能。根据理论计算分析及热重实验结果进一步表明纳米TiO2在轧制过程中以固体颗粒状态发挥润滑作用。通过热轧润滑实验及对板带钢热轧轧后表面EDS分析,提出了水基纳米轧制液热轧流/固二相协同润滑物理模型。纳米TiO2不仅能够提高水基轧制液承载能力,还能够填充到热轧板表面裂纹中,修复表面缺陷,同时减少氧化铁皮与轧辊的直接接触,改善热轧板带钢轧后表面质量。明确了冷轧水基纳米轧制液润滑处于混合润滑状态,考虑固体纳米TiO2及轧件表面等效粗糙度夹带建立了水基纳米轧制液入口区润滑膜厚度模型,计算分析了纳米Ti02浓度、表面粗糙度对入口润滑膜厚度影响。综合考虑纳米粒子的添加及轧件表面微凸体变形建立了冷轧变形区混合润滑模型,研究了水基纳米轧制液黏度、表面粗糙度特征、压下率等参数对变形区润滑膜压力、接触面积比和膜厚比的影响。