李紀(jì)委 趙偉 楊濤濤
（中國石油化工股份有限公司潤滑油天津分公司）
摘 要：隨著熱軋寬帶鋼軋機(jī)設(shè)備的發(fā)展和升級(jí)，軋機(jī)工作軸承工況更趨惡化，對(duì)軋機(jī)軸承用潤滑脂的抗水、極壓抗磨等性能提出了更高要求。基于復(fù)合磺酸鈣基脂在抗水、極壓、防銹、機(jī)械安定性等方面的性能優(yōu)勢，其作為軋機(jī)軸承用潤滑脂在國內(nèi)外廣受關(guān)注，有良好的發(fā)展前景。國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂在某鋼廠大型熱軋寬帶鋼軋機(jī)工作輥軸承上的應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，與進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂相比，國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂具有更好的抗水性和極壓抗磨性能，能保證軸承潤滑狀態(tài)正常，無異常磨損、溫升現(xiàn)象，無銹蝕作用，適合作為熱軋寬帶鋼軋機(jī)工作輥軸承用潤滑脂。
近年來，隨著國內(nèi)寬帶鋼產(chǎn)能的迅速增長，PC（Pair Cross roll，成對(duì)輥交叉）、CVC（Continuously Variable Crown，輥凸度連續(xù)可調(diào)） 軋機(jī)在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，軋機(jī)板形控制能力愈來愈強(qiáng)，軋機(jī)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，工作輥軸承受力狀態(tài)苛刻，對(duì)潤滑脂的極壓、抗水性能提出了更高的要求。軋機(jī)工作輥在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其軸承座承受的內(nèi)壓以及高壓軋輥冷卻水的沖刷，會(huì)使軸承潤滑脂快速流失，導(dǎo)致軸承工作時(shí)所需的潤滑條件得不到保證，軸承的使用壽命大為縮短，軸承燒損抱輥現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；同時(shí)，軋輥冷卻水還會(huì)將氧化鐵皮等雜質(zhì)帶入軸承座內(nèi)，在軸承內(nèi)部形成磨粒磨 損，造成點(diǎn)蝕乃至疲勞剝落。如果軸承維護(hù)不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致軸承直接報(bào)廢。基于上述情況，要求在每次上機(jī)前必須給軸承補(bǔ)充新潤滑脂，因此潤滑脂消耗量很大。隨著國內(nèi)鋼鐵企業(yè)對(duì)設(shè)備潤滑越來越重視，其潤滑管理趨向細(xì)致，亟需一種長壽命且綜合性能優(yōu)良的潤滑脂，以滿足軋機(jī)工作輥軸承多周期不補(bǔ)脂的使用要求。復(fù)合磺酸鈣基脂具有全面、優(yōu)異的性能，特別是在遇水后其稠度基本保持不變，同時(shí)具有極佳的極壓抗磨性能，使用量小且壽命長，能夠滿足軋機(jī)軸承近乎苛刻的工況，已逐漸成為熱軋寬帶鋼軋機(jī)工作輥軸承用潤滑脂的首選。
隨著國內(nèi)復(fù)合磺酸鈣基脂技術(shù)逐漸趨向成熟，國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂產(chǎn)品的抗水性、極壓抗磨性、剪切安定性等性能已經(jīng)達(dá)到或者超過進(jìn)口同類型產(chǎn)品。近幾年來，寬帶鋼軋機(jī)軸承用潤滑脂的國產(chǎn)化成為一種趨勢，國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂產(chǎn)品逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品，在國內(nèi)軋機(jī)軸承上獲得推廣應(yīng)用。
1 國內(nèi)外復(fù)合磺酸鈣基脂的發(fā)展
復(fù)合磺酸鈣基脂具有優(yōu)良的高溫性能、機(jī)械安定性、膠體安定性、極壓抗磨性、抗水性以及優(yōu)異的防銹性，其以全面、優(yōu)異的性能引起了國內(nèi)外潤滑脂行業(yè)的廣泛關(guān)注，被稱為 “新一代高效潤滑脂”。
早在20世紀(jì)50年代，國外就已經(jīng)出現(xiàn)了以磺酸鈣作為稠化劑的高滴點(diǎn)磺酸鈣基潤滑脂[1] 。但由于當(dāng)時(shí)高滴點(diǎn)磺酸鈣基潤滑脂稠化能力很小，低溫泵送性很差，在很長時(shí)間內(nèi)限制了其推廣應(yīng)用。直到20世紀(jì)80年代中期，加拿大科學(xué)家Ron Muir等采用非牛頓體高堿值磺酸鈣皂與其他脂肪酸鹽復(fù)合的方式，成功地研制出了復(fù)合磺酸鈣基脂，改善了磺酸鈣基潤滑脂的低溫 泵送性，降低了其皂分，為磺酸鈣基潤滑脂的工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用掃除了障礙。
國內(nèi)對(duì)復(fù)合磺酸鈣基脂的研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展十分迅速。近年來，磺酸鈣基潤滑脂在國內(nèi)已經(jīng)有長足的進(jìn)展。2001年，中國石油化工股份有限公司潤滑油天津分公司成功地實(shí)現(xiàn)了復(fù)合磺酸鈣基脂的工業(yè)化生產(chǎn)，打破了國內(nèi)市場被國外企業(yè)壟斷的局面。近幾年，復(fù)合磺酸鈣基脂憑借其全面、優(yōu)異的性能，在熱軋寬帶鋼軋機(jī)軸承上得到越來越多的應(yīng)用。2010年，我國復(fù)合磺酸鈣脂占潤滑脂總量的比例已達(dá)到0.49%，但是相對(duì)北美地區(qū)，國內(nèi)復(fù)合磺酸鈣基脂所占比例仍然偏低，不到北美的十分之一[2] 。可見，復(fù)合磺酸鈣基脂在國內(nèi)仍有巨大的發(fā)展空間。
2 復(fù)合磺酸鈣基脂在軋機(jī)軸承上應(yīng)用的性能優(yōu)勢
作為軋機(jī)軸承用潤滑脂，復(fù)合磺酸鈣基脂的性能指標(biāo)超過鋰基潤滑脂、復(fù)合鋰基潤滑脂、聚脲基潤滑脂等傳統(tǒng)潤滑脂。國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂和進(jìn)口復(fù)合鋰基脂的性能對(duì)比見表1。
與傳統(tǒng)的軋機(jī)軸承用潤滑脂相比，國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂的性能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面。
2.1 抗水性能
國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂遇水后稠度變化很小，不易發(fā)生變軟流失現(xiàn) 象，可在軸承內(nèi)保持適當(dāng)?shù)某矶龋子诒Ｗo(hù)軸承，特別適合在多水工況下使用。
2.2 極壓抗磨性能
即使不加任何極壓劑，國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂的燒結(jié)負(fù)荷PD值也可達(dá)到3920N，能夠滿足軋機(jī)軸承的極壓潤滑要求。在高負(fù)荷狀態(tài)下，磺酸鈣的膠體結(jié)構(gòu)易遭到破壞，釋放出的碳酸鈣沉積在摩擦表面上。這些方解石的碳酸鈣具有層狀結(jié)構(gòu)，剪切強(qiáng)度低而縱向承載能力高，由此可以提高潤滑脂的抗燒結(jié)能力。
2.3 防銹性能
國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂較好的防銹性能歸因于磺酸鈣本身的特殊結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)中的SO32-具有強(qiáng)極性，極易吸附在金屬表面上，并可阻止氧氣、水分與金屬表面接觸。
2.4 機(jī)械安定性
和其他潤滑脂相比，國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂具有很好的機(jī)械安定性，經(jīng)過106次剪切后，其稠度（0.1mm）僅變化不到10單位。這和復(fù)合磺酸鈣基脂的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。復(fù)合磺酸鈣體系內(nèi)由醋酸鈣、硼酸鈣、碳酸鈣等顆粒組成，除了脂肪酸鈣纖維易發(fā)生部分?jǐn)嗔淹猓瑥?fù)合磺酸鈣基脂的結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化，不會(huì)因其受長時(shí)間剪切而破壞。
3 復(fù)合磺酸鈣基脂在熱軋寬帶鋼軋機(jī)上的應(yīng)用案例
某國有大型鋼廠1700 mm熱軋寬帶鋼軋機(jī)軸承原使用進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂，存在潤滑脂價(jià)格昂貴、采購周期長、抗水性能差、部分軸承易銹蝕、軸承使用壽命短等問題。2011年開始，在該熱軋寬帶鋼軋機(jī)F3機(jī)架的一套軸承上應(yīng)用國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂替代進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂進(jìn)行3個(gè)月的應(yīng)用試驗(yàn)。期間軸承內(nèi)潤滑脂飽滿，軸承未出現(xiàn)異常磨損、溫升等現(xiàn)象，軸承潤滑狀態(tài)良好。
3.1 國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂替代前后軸承使用狀態(tài)對(duì)比
分別使用國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂及進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂的1700 mm熱軋寬帶鋼軋機(jī)軸承狀態(tài)見圖1。
由圖1可見：
使用進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂時(shí)，軸承內(nèi)潤滑脂量偏少，潤滑脂顏色呈灰白色，說明其黏附性差；軸承拆解后出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，部分軸承外圈出現(xiàn)明顯壓痕，易導(dǎo)致軸承使用壽命達(dá)不到預(yù)期要求。
使用國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂時(shí)，軸承間油槽內(nèi)充滿潤滑脂，且其顏色基本保持與原脂相同，未出現(xiàn)灰黑色變化；在用潤滑脂手感、稠度及粘性保持良好；滾動(dòng)體表面附有均勻油膜，表面光亮，無麻點(diǎn)、銹蝕等現(xiàn)象，軸承潤滑狀態(tài)良好。
3.2 在用潤滑脂取樣指標(biāo)對(duì)比
在3個(gè)月的應(yīng)用試驗(yàn)期間，定期拆解軸承，并對(duì)相同部位所取的進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂與國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表2。
由表2可見：
相對(duì)于國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂，在用的進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂的水含量處于很高的水平，說明其吸水性較強(qiáng)。而潤滑脂內(nèi)存在大量水分會(huì)使?jié)櫥母黜?xiàng)性能下降，破壞潤滑脂已形成的油膜，大大降低其潤滑效果，導(dǎo)致軸承使用壽命大幅度降低。
潤滑脂的鐵含量是體現(xiàn)軸承潤滑狀態(tài)的最為關(guān)鍵的指標(biāo)，直接反映了軸承的磨損程度。在用的進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂的鐵含量最高達(dá)2987mg/kg，說明鐵屑長時(shí)間存在于軸承內(nèi)部，易造成磨粒磨損，導(dǎo)致軸承出現(xiàn)劃傷等現(xiàn)象；在用的國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂的鐵含量大幅度降低，軸承內(nèi)外圈、滾動(dòng)體表面光亮無劃痕，說明軸承潤滑狀況良好。
經(jīng)過長時(shí)間使用后，國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂的PD值均高于進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂，說明其仍具有良好的抗磨性能，可保證軸承在承受高的沖擊負(fù)荷的條件下保持良好的潤滑性能而不發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象。
綜合比較替代前后在用潤滑脂的現(xiàn)場使用效果以及性能分析測試結(jié)果，均表明國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂在1700mm熱軋寬帶鋼軋機(jī)軸承上的應(yīng)用更好。目前，該條熱軋生產(chǎn)線已全線使用國產(chǎn)復(fù)合磺酸鈣基脂替代進(jìn)口復(fù)合鋰基潤滑脂，取得了良好的使用效果。
4 結(jié)束語
近年來，我國熱軋軋制技術(shù)發(fā)展很快，軋機(jī)軸承對(duì)潤滑脂的極壓抗磨性、抗水性、防銹性、機(jī)械安定性提出了更高的要求。作為一種長壽命、環(huán)保的潤滑脂，復(fù)合磺酸鈣基潤滑脂具有全面、優(yōu)異的性能，且用量小，與傳統(tǒng)軋輥潤滑脂相比具有明顯優(yōu)勢，將逐漸成為熱軋寬帶鋼軋機(jī)軸承的主流用脂。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王海燕.復(fù)合磺酸鈣基脂的制備與 性能[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2007.
[2]姚立丹，楊海寧.近年來潤滑脂生 產(chǎn)狀況及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析[C]//第十四 屆潤滑脂技術(shù)交流論文集，2011：8-12.
來源：網(wǎng)絡(luò)
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