冷軋軋制液對(duì)工業(yè)齒輪油性能的影響

周康+++王玉玲++糜莉萍++姚元鵬

摘要：根據(jù)鋼廠(chǎng)冷軋工藝的加工特點(diǎn)，采用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的冷軋軋制液加入到工業(yè)齒輪油中，重點(diǎn)考察了其對(duì)油品水分含量、抗乳化性和抗泡性的影響，采用MRS-1J四球摩擦試驗(yàn)機(jī)考察了其對(duì)齒輪油摩擦學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，軋制液的加入使得工業(yè)齒輪油的水分含量增大，抗泡性能和極壓抗磨性能明顯下降，但對(duì)油品的抗乳化性能沒(méi)有影響。為保障油品的正常潤(rùn)滑，鋼鐵冷軋廠(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)齒輪油箱的日常維護(hù)，減少冷軋軋制液的進(jìn)入量。

關(guān)鍵詞：軋制液；齒輪油；抗泡性；摩擦學(xué)性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TE626.39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Influence of Cold Rolling Fluid on Performance of Industrial Gear Oil

ZHOU Kang， WANG Yu-ling， MI Li-ping， YAO Yuan-peng

（PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R&D Institute， Lanzhou 730060， China）

Abstract：According to the processing characteristics of cold rolling technology in steel plant， different mass percents of cold rolling fluid was added to the industrial gear oil. The studies focused on the effects of cold rolling fluid on the moisture content， anti-emulsification and anti-foaming properties of the gear oil. The tribological capability of the industrial gear oil in the condition of the entering of cold rolling fluid was evaluated through the MRS-1J four ball testing machine. The results demonstrate that， adding of the cold rolling fluid can increase the water content， reduce the anti-foaming capability and extreme pressure & antiwear properties of gear lubricant. But it has little effect on the anti-emulsification of gear oil. In order to guarantee the lubricating property of the industrial gear oil， the daily maintenance of gearboxes should be strengthened to reduce the number of cold rolling fluid entering the gearboxes.

Key words：rolling fluid； gear oil； anti-foaming property； tribological capability

0引言

鋼廠(chǎng)冷軋軋機(jī)是冷軋工藝關(guān)鍵的生產(chǎn)設(shè)備，潤(rùn)滑方式采用的是集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，主齒輪箱使用的是重負(fù)荷工業(yè)齒輪油。在冷軋過(guò)程中，為了減少軋輥磨損、降低軋輥和軋件的溫度，防止軋件生銹，提高產(chǎn)品尺寸精度、表面質(zhì)量及板型的平坦度，需要使用冷軋軋制液[1-3]。普通冷軋鋼板生產(chǎn)采用的軋制液主要為水基乳化型軋制液，這種軋制液的主要成分是水，具有優(yōu)異的冷卻性能和潤(rùn)滑性能[4]。

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，冷軋軋機(jī)的支撐軸承屬于機(jī)械密封。受密封材料的局限性，加之軋制液噴淋?chē)?yán)重、軋機(jī)大量冷卻水的影響，軋機(jī)齒輪箱經(jīng)常會(huì)滲入冷軋軋制液、水分和鐵粉等，使得軋機(jī)用工業(yè)齒輪油長(zhǎng)期處于高溫、含水、粉塵的環(huán)境中，容易產(chǎn)生油品老化現(xiàn)象，影響潤(rùn)滑油膜的形成，加速潤(rùn)滑狀態(tài)的惡化，對(duì)軋機(jī)軸承造成一定程度的擦傷和磨損，嚴(yán)重時(shí)可造成軸承損壞，影響工業(yè)生產(chǎn)。

本文研究了冷軋軋制液對(duì)工業(yè)齒輪油性能的影響，重點(diǎn)考察了冷軋軋制液對(duì)油品水分含量、抗乳化性、抗泡性和摩擦學(xué)性能的影響，以期為鋼廠(chǎng)工業(yè)齒輪油的使用和維護(hù)提供參考和建議。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的某鋼鐵企業(yè)冷軋廠(chǎng)在用軋制液，該軋制液為國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的合成酯型軋制油按3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的加量加入工業(yè)脫鹽水中配制而成。

試驗(yàn)選用的重負(fù)荷320號(hào)工業(yè)齒輪油為某鋼鐵企業(yè)冷軋廠(chǎng)在用油品（VG320表示），其主要理化性能見(jiàn)表1。

從表1可以看出：選用的320號(hào)重負(fù)荷工業(yè)齒輪油運(yùn)動(dòng)黏度（40 ℃）、黏度指數(shù)、水分、抗乳化性、抗泡性、四球試驗(yàn)等性能均滿(mǎn)足新油的指標(biāo)要求。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1油品理化分析試驗(yàn)

采用GB/T 260標(biāo)準(zhǔn)方法《石油產(chǎn)品水分測(cè)定法》測(cè)定油品的水分。采用油品泡沫特性測(cè)定儀，依據(jù)GB/T 12579標(biāo)準(zhǔn)方法《潤(rùn)滑油泡沫特性測(cè)定法》測(cè)定油品的泡沫特性，試驗(yàn)條件：試樣在 24 ℃時(shí)，用恒定流速（94土5）mL/min的空氣吹氣5 min，然后靜止10 min，在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)，分別測(cè)定試樣中泡沫的體積，取第二份試樣，在935 ℃下進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)泡沫消失后，再在24 ℃下進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。采用石油和合成液抗乳化性能測(cè)定儀，依據(jù)GB/T 7305標(biāo)準(zhǔn)方法《石油和合成液水分離性測(cè)定法》測(cè)定油品的抗乳化性能，試驗(yàn)條件：在量筒中裝入40 mL 試樣和40 mL蒸餾水，并在82 ℃下攪拌5 min，記錄乳化液分離所需的時(shí)間，靜止30 min后，如果乳化液沒(méi)有完全分離，或乳化層沒(méi)有減少為3 mL或更少，則記錄此時(shí)油層、水層和乳化層的體積。

1.2.2摩擦磨損試驗(yàn)

四球摩擦磨損試驗(yàn)在MRS-1J 型四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，所用鋼球?yàn)镚Cr15 鋼球（直徑127 mm），硬度為HRC58～62；潤(rùn)滑劑承載能力測(cè)定采用四球法，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3142 進(jìn)行，試驗(yàn)條件：溫度為室溫；轉(zhuǎn)速為（1450±50）r/min，在規(guī)定的每一級(jí)負(fù)荷下各運(yùn)轉(zhuǎn)10 s，直到負(fù)荷加到鋼球發(fā)生燒結(jié)為止，每運(yùn)轉(zhuǎn)10 s 后測(cè)一次鋼球磨痕直徑，以最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB、燒結(jié)負(fù)荷PD、綜合磨損值ZMZ作為衡量油品承載能力的指標(biāo)。潤(rùn)滑油抗磨損性能測(cè)定采用四球法，按標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0189進(jìn)行，試驗(yàn)條件：溫度為54 ℃，轉(zhuǎn)速為（1800±50）r/min，負(fù)荷為196 N，時(shí)間為60 min。測(cè)得的磨斑直徑為評(píng)價(jià)潤(rùn)滑劑抗磨性能的指標(biāo)。

2結(jié)果與討論

將配比好的軋制液按照（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）1%、2%、5%、10%的劑量調(diào)入工業(yè)齒輪油中，考察不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的軋制液對(duì)油品主要性能的影響。

2.1對(duì)工業(yè)齒輪油水分含量的影響

由于配比冷軋軋制液時(shí)需要使用工業(yè)水，因此，加入不同劑量的軋制液會(huì)引起工業(yè)齒輪油中水分含量的變化，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2的結(jié)果可知，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、2%、5%、10%的冷軋軋制液時(shí)，工業(yè)齒輪油的水分含量逐步增加，均高于建議換油指標(biāo)0.5%，這是因?yàn)榕浔溶堉埔簳r(shí)除了軋制油外，還采用了97%左右的工業(yè)水。齒輪油中的水分超過(guò)一定限值，會(huì)加速油品乳化變質(zhì)，加速有機(jī)酸對(duì)金屬的腐蝕，同時(shí)因齒輪油中部分極壓劑水解會(huì)導(dǎo)致油品的極壓性能迅速下降，最終使設(shè)備齒面出現(xiàn)磨損，影響設(shè)備正常運(yùn)行[5]。

2.2對(duì)工業(yè)齒輪油抗乳化性和抗泡性能的影響

工業(yè)齒輪油的抗乳化性是反映油品在有水存在的情況下的分水能力?？古菪允呛饬坑推飞膳菽膬A向和泡沫穩(wěn)定性的指標(biāo)。工業(yè)齒輪油的抗乳化性和抗泡性均是油品的重要指標(biāo)，因此考察了加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的冷軋軋制液后工業(yè)齒輪油的抗乳化和抗泡性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出：加入1%、2%、5%、10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的冷軋軋制液進(jìn)入工業(yè)齒輪油，油品的分水時(shí)間略有延長(zhǎng)，但都在指標(biāo)范圍內(nèi)，說(shuō)明該工業(yè)齒輪油的分水性能保持較好，冷軋軋制液對(duì)油品的抗乳化性沒(méi)有明顯影響；這是由于加入的軋制液可以在齒輪油中起到乳化劑的作用，使得原齒輪油的破乳化性能發(fā)生根本性的改變。但由于齒輪油中添加的破乳劑增加了油水表面張力，使得穩(wěn)定的乳化液成為熱力學(xué)上不穩(wěn)定狀態(tài)，破壞了乳化液，加速了油水分離，從而保持了原工業(yè)齒輪油較好的分水性。

從表3還可以看出：加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的冷軋軋制液后，工業(yè)齒輪油的抗泡性發(fā)生了較大變化。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、2%的冷軋軋制液后，中間點(diǎn)935 ℃時(shí)油品生成泡沫的傾向從5 mL增加到了20 mL和50 mL，但都在油品的指標(biāo)范圍內(nèi)；加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%的冷軋軋制液后，中間點(diǎn)935 ℃時(shí)油品生成泡沫的傾向從5 mL增加到了100 mL和200 mL，后24 ℃時(shí)從0 mL增加到了5 mL和10 mL，油品的抗泡性能明顯變差。

抗泡作用機(jī)理較為復(fù)雜，具有代表性的有降低部分表面張力、擴(kuò)張和滲透三種觀(guān)點(diǎn)[6]。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)推測(cè)，沒(méi)有加入冷軋軋制液的工業(yè)齒輪油中由于抗泡劑的存在，能提高泡沫表面油膜的流動(dòng)性，使氣泡油膜變薄，加快起泡上升到油表面破裂，從而減少了油品的氣泡生成量。而加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的冷軋軋制液后，一方面，油中的水分含量增加，油品與水相對(duì)均勻地包裹氣泡油膜，泡沫受力有變平衡的趨勢(shì)，氣泡表面油膜的流動(dòng)性變差，表現(xiàn)為生成泡沫的傾向變大[7]；另一方面，軋制液中的軋制油含有乳化劑，乳化劑是表面活性劑，與齒輪油中的抗泡劑亦即另一種表面活性劑有對(duì)抗效應(yīng)，從而降低了氣-液界面的表面張力，而表面張力越小，越易起泡，使齒輪油的發(fā)泡力顯著增強(qiáng)[6]。

2.3對(duì)工業(yè)齒輪油極壓抗磨性的影響

極壓抗磨性是工業(yè)齒輪油最重要的性能之一，它能使油品在金屬承受負(fù)荷的條件下，起到防止滑動(dòng)的金屬表面磨損、擦傷甚至燒結(jié)的作用。因此，采用四球試驗(yàn)考察了加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)冷軋軋制液的工業(yè)齒輪油的極壓抗磨性。見(jiàn)表4及圖1。

從表4和圖1可以看出：工業(yè)齒輪油分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、2%、5%、10%的冷軋軋制液時(shí)，衡量油品極壓性能的最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值、油品承載能力的燒結(jié)負(fù)荷PD值和綜合磨損指數(shù)ZMZ均不同程度地減小，而評(píng)價(jià)油品抗磨性能的磨斑直徑不同程度的增大，這都表明了工業(yè)齒輪油的潤(rùn)滑性能下降。這可能的原因是：（1）冷軋軋制液帶來(lái)齒輪油中水分含量的增加，而水分含量的增加會(huì)加速油品中極壓劑的水解，從而導(dǎo)致齒輪油極壓性能迅速下降，形成的油膜厚度降低，相應(yīng)的承載和抗磨損能力下降；（2）軋制油中的防銹劑可能與齒輪油的極壓抗磨劑發(fā)生了競(jìng)爭(zhēng)吸附作用，影響了極壓劑和抗磨劑的效果，使得油品的極壓抗磨性降低[8]。

3結(jié)論

采用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的冷軋軋制液調(diào)入工業(yè)齒輪油中，對(duì)工業(yè)齒輪油的水分含量、抗乳化性、抗泡性和潤(rùn)滑性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，軋制液的加入使得工業(yè)齒輪油的水分含量增大，抗泡性能和極壓抗磨性能明顯下降，但對(duì)油品的抗乳化性能沒(méi)有影響。建議鋼鐵冷軋廠(chǎng)加強(qiáng)齒輪油箱的日常維護(hù)，及時(shí)修復(fù)相關(guān)漏水點(diǎn)設(shè)備的密封件問(wèn)題，減少冷軋軋制液的進(jìn)入量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱廣平， 孫建林， 王冰，等. 納米添加劑對(duì)板帶鋼冷軋軋制液潤(rùn)滑性能的影響[J].潤(rùn)滑與密封， 2010， 35（12）：78-82.

[2] 孫薊泉， 董常福， 崔二寶. 工藝潤(rùn)滑對(duì)帶鋼表面清潔度的影響[J].潤(rùn)滑與密封， 2009， 34（11） ： 99-103.

[3] 孫建林. 軋制工藝潤(rùn)滑原理技術(shù)及應(yīng)用[M].2版. 北京：冶金工業(yè)出版社，2010：10-11.

[4] 秦鶴年， 羅宇. 冷軋鋼板軋制乳化液的研制[J].潤(rùn)滑與密封， 2009， 34（8） ：79-83.

[5] 何曉瑛. 工業(yè)閉式齒輪油換油指標(biāo)應(yīng)用研究[J].潤(rùn)滑油， 2011， 26（1）：35-43.

[6] 黃文軒. 潤(rùn)滑油添加劑性質(zhì)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社，2012：225-227.

[7] 張丙伍， 李靜， 金理力，等. 微量水對(duì)高黏度聚α-烯烴性能的影響[J].石油煉制與化工，2013， 44（9）：79-81.

[8] 陳子明. 極壓抗磨添加劑體系中防銹劑的作用和特性[D].北京：石油化工科學(xué)研究院，1998.