冷軋軋制液對工業齒輪油性能的影響

周康+++王玉玲++糜莉萍++姚元鵬

摘要：根據鋼廠冷軋工藝的加工特點，采用不同質量分數的冷軋軋制液加入到工業齒輪油中，重點考察了其對油品水分含量、抗乳化性和抗泡性的影響，采用MRS-1J四球摩擦試驗機考察了其對齒輪油摩擦學性能的影響。結果表明，軋制液的加入使得工業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，但對油品的抗乳化性能沒有影響。為保障油品的正常潤滑，鋼鐵冷軋廠應加強齒輪油箱的日常維護，減少冷軋軋制液的進入量。

關鍵詞：軋制液；齒輪油；抗泡性；摩擦學性能

中圖分類號：TE626.39文獻標識碼：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

鋼廠冷軋軋機是冷軋工藝關鍵的生產設備，潤滑方式采用的是集中潤滑系統，主齒輪箱使用的是重負荷工業齒輪油。在冷軋過程中，為了減少軋輥磨損、降低軋輥和軋件的溫度，防止軋件生銹，提高產品尺寸精度、表面質量及板型的平坦度，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，具有優異的冷卻性能和潤滑性能[4]。

在生產現場，冷軋軋機的支撐軸承屬于機械密封。受密封材料的局限性，加之軋制液噴淋嚴重、軋機大量冷卻水的影響，軋機齒輪箱經常會滲入冷軋軋制液、水分和鐵粉等，使得軋機用工業齒輪油長期處于高溫、含水、粉塵的環境中，容易產生油品老化現象，影響潤滑油膜的形成，加速潤滑狀態的惡化，對軋機軸承造成一定程度的擦傷和磨損，嚴重時可造成軸承損壞，影響工業生產。

本文研究了冷軋軋制液對工業齒輪油性能的影響，重點考察了冷軋軋制液對油品水分含量、抗乳化性、抗泡性和摩擦學性能的影響，以期為鋼廠工業齒輪油的使用和維護提供參考和建議。

1試驗部分

1.1試驗材料

試驗選用的某鋼鐵企業冷軋廠在用軋制液，該軋制液為國內某公司生產的合成酯型軋制油按3%（質量分數）的加量加入工業脫鹽水中配制而成。

試驗選用的重負荷320號工業齒輪油為某鋼鐵企業冷軋廠在用油品（VG320表示），其主要理化性能見表1。

從表1可以看出：選用的320號重負荷工業齒輪油運動黏度（40 ℃）、黏度指數、水分、抗乳化性、抗泡性、四球試驗等性能均滿足新油的指標要求。

1.2試驗方法

1.2.1油品理化分析試驗

采用GB/T 260標準方法《石油產品水分測定法》測定油品的水分。采用油品泡沫特性測定儀，依據GB/T 12579標準方法《潤滑油泡沫特性測定法》測定油品的泡沫特性，試驗條件：試樣在 24 ℃時，用恒定流速（94土5）mL/min的空氣吹氣5 min，然后靜止10 min，在每個周期結束時，分別測定試樣中泡沫的體積，取第二份試樣，在935 ℃下進行試驗，當泡沫消失后，再在24 ℃下進行重復試驗。采用石油和合成液抗乳化性能測定儀，依據GB/T 7305標準方法《石油和合成液水分離性測定法》測定油品的抗乳化性能，試驗條件：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間，靜止30 min后，如果乳化液沒有完全分離，或乳化層沒有減少為3 mL或更少，則記錄此時油層、水層和乳化層的體積。

1.2.2摩擦磨損試驗

四球摩擦磨損試驗在MRS-1J 型四球摩擦磨損試驗機上進行，所用鋼球為GCr15 鋼球（直徑127 mm），硬度為HRC58～62；潤滑劑承載能力測定采用四球法，按國家標準GB/T 3142 進行，試驗條件：溫度為室溫；轉速為（1450±50）r/min，在規定的每一級負荷下各運轉10 s，直到負荷加到鋼球發生燒結為止，每運轉10 s 后測一次鋼球磨痕直徑，以最大無卡咬負荷PB、燒結負荷PD、綜合磨損值ZMZ作為衡量油品承載能力的指標。潤滑油抗磨損性能測定采用四球法，按標準SH/T 0189進行，試驗條件：溫度為54 ℃，轉速為（1800±50）r/min，負荷為196 N，時間為60 min。測得的磨斑直徑為評價潤滑劑抗磨性能的指標。

2結果與討論

將配比好的軋制液按照（質量分數）1%、2%、5%、10%的劑量調入工業齒輪油中，考察不同質量分數的軋制液對油品主要性能的影響。

2.1對工業齒輪油水分含量的影響

由于配比冷軋軋制液時需要使用工業水，因此，加入不同劑量的軋制液會引起工業齒輪油中水分含量的變化，具體試驗結果見表2。

從表2的結果可知，分別加入質量分數為1%、2%、5%、10%的冷軋軋制液時，工業齒輪油的水分含量逐步增加，均高于建議換油指標0.5%，這是因為配比軋制液時除了軋制油外，還采用了97%左右的工業水。齒輪油中的水分超過一定限值，會加速油品乳化變質，加速有機酸對金屬的腐蝕，同時因齒輪油中部分極壓劑水解會導致油品的極壓性能迅速下降，最終使設備齒面出現磨損，影響設備正常運行[5]。

2.2對工業齒輪油抗乳化性和抗泡性能的影響

工業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。抗泡性是衡量油品生成泡沫的傾向和泡沫穩定性的指標。工業齒輪油的抗乳化性和抗泡性均是油品的重要指標，因此考察了加入不同質量分數的冷軋軋制液后工業齒輪油的抗乳化和抗泡性能，試驗結果見表3。

從表3可以看出：加入1%、2%、5%、10%質量分數的冷軋軋制液進入工業齒輪油，油品的分水時間略有延長，但都在指標范圍內，說明該工業齒輪油的分水性能保持較好，冷軋軋制液對油品的抗乳化性沒有明顯影響；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，使得穩定的乳化液成為熱力學上不穩定狀態，破壞了乳化液，加速了油水分離，從而保持了原工業齒輪油較好的分水性。

從表3還可以看出：加入不同質量分數的冷軋軋制液后，工業齒輪油的抗泡性發生了較大變化。加入質量分數為1%、2%的冷軋軋制液后，中間點935 ℃時油品生成泡沫的傾向從5 mL增加到了20 mL和50 mL，但都在油品的指標范圍內；加入質量分數為5%、10%的冷軋軋制液后，中間點935 ℃時油品生成泡沫的傾向從5 mL增加到了100 mL和200 mL，后24 ℃時從0 mL增加到了5 mL和10 mL，油品的抗泡性能明顯變差。

抗泡作用機理較為復雜，具有代表性的有降低部分表面張力、擴張和滲透三種觀點[6]。根據表3的數據推測，沒有加入冷軋軋制液的工業齒輪油中由于抗泡劑的存在，能提高泡沫表面油膜的流動性，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。而加入不同質量分數的冷軋軋制液后，一方面，油中的水分含量增加，油品與水相對均勻地包裹氣泡油膜，泡沫受力有變平衡的趨勢，氣泡表面油膜的流動性變差，表現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抗效應，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，使齒輪油的發泡力顯著增強[6]。

2.3對工業齒輪油極壓抗磨性的影響

極壓抗磨性是工業齒輪油最重要的性能之一，它能使油品在金屬承受負荷的條件下，起到防止滑動的金屬表面磨損、擦傷甚至燒結的作用。因此，采用四球試驗考察了加入不同質量分數冷軋軋制液的工業齒輪油的極壓抗磨性。見表4及圖1。

從表4和圖1可以看出：工業齒輪油分別加入質量分數為1%、2%、5%、10%的冷軋軋制液時，衡量油品極壓性能的最大無卡咬負荷PB值、油品承載能力的燒結負荷PD值和綜合磨損指數ZMZ均不同程度地減小，而評價油品抗磨性能的磨斑直徑不同程度的增大，這都表明了工業齒輪油的潤滑性能下降。這可能的原因是：（1）冷軋軋制液帶來齒輪油中水分含量的增加，而水分含量的增加會加速油品中極壓劑的水解，從而導致齒輪油極壓性能迅速下降，形成的油膜厚度降低，相應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生了競爭吸附作用，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結論

采用不同質量分數的冷軋軋制液調入工業齒輪油中，對工業齒輪油的水分含量、抗乳化性、抗泡性和潤滑性能進行了測試。結果表明，軋制液的加入使得工業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，但對油品的抗乳化性能沒有影響。建議鋼鐵冷軋廠加強齒輪油箱的日常維護，及時修復相關漏水點設備的密封件問題，減少冷軋軋制液的進入量。

參考文獻：

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