李向鈺，胡文云，滿家鑫，劉美

( 武漢工業(yè)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，武漢430023)

摘要: 對蓖麻油作為軋鋼工藝潤滑油性劑的主要特性進(jìn)行了研究。采用運(yùn)動黏度測定儀研究了其黏溫性能，采用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察了其摩擦學(xué)性能，采用熱重/差熱綜合熱分析儀研究了其熱穩(wěn)定性，并考察了其水解安定性。結(jié)果表明: 蓖麻油作為軋鋼工藝潤滑油性劑具有良好的潤滑性能、清凈性能以及水解安定性。

關(guān)鍵詞: 蓖麻油; 軋鋼; 油性劑; 潤滑性

近年來，隨著鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，軋制潤滑劑的需求量也隨之增大，同時對其使用性能提出了更高的要求。不僅要求具有良好的潤滑性能、冷卻性能、防銹性能、清凈性以及化學(xué)穩(wěn)定性，還要求在一定程度上滿足生態(tài)效應(yīng)，減少對環(huán)境的污染^{［1 － 3］}。

油性劑通常在軋制潤滑劑中所占的比例較大，所以其性能是影響軋制潤滑劑性能的決定因素。作為傳統(tǒng)軋制工藝潤滑的油性劑有礦物油、合成油( 合成酯、合成烴) 和植物油( 棕櫚油、椰子油等) 。礦物油難以生物降解，會直接污染水體和土壤; 合成酯合成工藝復(fù)雜、價格昂貴; 國內(nèi)目前多用植物油作油性劑。蓖麻為世界上十大植物油料之一，中國為第三生產(chǎn)大國，資源豐富，原料易得^［4］。蓖麻油具有抗磨性好，無毒，易生物降解，對環(huán)境沒有不良影響。在傳統(tǒng)的軋制潤滑劑研究中，尚比較少見直接將蓖麻油用作軋鋼工藝潤滑油性劑的相關(guān)報(bào)道。我國是產(chǎn)鋼大國，軋鋼潤滑劑消耗量大，為緩解能源壓力、尋找石油的替代資源、提高軋鋼潤滑劑產(chǎn)品的競爭力、更好地滿足環(huán)境對軋鋼潤滑劑產(chǎn)品的要求，進(jìn)行蓖麻油基軋鋼潤滑劑的研究有著極為重要的社會和經(jīng)濟(jì)意義。

1 材料與方法

1． 1 儀器、試劑

CHB265 － 01 型運(yùn)動黏度測定儀，Diamond DSCTG － DTA 6300 型熱重/差熱綜合熱分析儀( 美國Perkin Elmer 公司) ，SR － 10 型四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，電子萬用爐。蓖麻油，市售; 合成酯，氫氧化鉀，無水乙醇。

1． 2 分析方法

( 1) 采用毛細(xì)管黏度計(jì)( 參照GB /T 265) 測定蓖麻油的運(yùn)動黏度隨溫度的變化情況。

( 2) 采用SR － 10 型四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測試產(chǎn)品的承載能力、抗磨性能。四球摩擦磨損試驗(yàn)所用鋼球?yàn)樯虾ｄ撉驈S生產(chǎn)的GCr15 二級鋼球，其直徑為12． 7 mm，硬度為HRC 59 ～ 61。按照GB /T3142—1982 方法評定蓖麻油在室溫下的減摩抗磨性能和承載能力( P_B) 及燒結(jié)負(fù)荷( P_D) 。長磨試驗(yàn)條件為: 時間30 min，轉(zhuǎn)速1 200 r /min，載荷392 N，在光學(xué)顯微鏡上測定3 個鋼球的平均磨斑直徑。

( 3) 采用Diamond DSC TG － DTA 6300 型熱重/差熱綜合熱分析儀研究蓖麻油的熱穩(wěn)定性。將適量樣品密封在微型坩堝中，稱重后放入儀器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以10℃ /min 的速率從0℃ 升至600℃，同時記錄其熱失重曲線。

( 4) 按1∶ 1 比例取適量蓖麻油和水在50℃下恒溫，分別測定24 h 和48 h 時油層的酸值和水層的酸值，并以合成酯做對比試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2． 1 蓖麻油黏溫性能

圖1 給出了蓖麻油黏度隨溫度的變化情況。從圖1 可以看出，隨著溫度的升高，蓖麻油的運(yùn)動黏度下降，這與一般潤滑油的黏溫性能相似。黏度作為軋制潤滑劑一個最重要的性能指標(biāo)，直接影響到軋制變形區(qū)油膜厚度。潤滑劑黏度越高，油膜抗剪切強(qiáng)度越大，所承受的壓力也越大，潤滑劑被擠出變形區(qū)的可能性也越小，因而油膜厚度越大，在接觸表面的凹處首先形成流體動壓池達(dá)到混合潤滑范圍，摩擦系數(shù)降低。

2． 2 蓖麻油摩擦學(xué)性能

經(jīng)測定，蓖麻油的最大無卡咬負(fù)荷P_B為667N，燒結(jié)負(fù)荷P_D達(dá)到1 236 N。鋼球平均磨斑直徑大小為0． 53 mm。由此可知，蓖麻油的減摩性能較好，這是因?yàn)楸吐橛头肿又泻袠O性羥基和不飽和鍵，易在金屬表面形成定向排列的多分子物理吸附膜，從而起到減小摩擦的作用。鋼球表面磨痕形貌如圖2 所示。由圖2 可知，在顯微鏡下觀察磨痕，深度較淺，能夠滿足軋制工藝潤滑油性劑的要求。

2． 3 蓖麻油熱穩(wěn)定性

蓖麻油熱重分析如圖3 所示。由圖3 可以看出，蓖麻油的初始熱分解溫度為292． 34℃，外延起始溫度即蓖麻油的穩(wěn)定溫度為365． 97℃，而且在475℃時基本熱失重完全。鋼板軋制后要進(jìn)行退火處理，改變金屬的結(jié)晶狀態(tài)，以滿足其使用性能的要求。工業(yè)上鋼板軋制品的退火溫度為500℃左右。由熱重分析結(jié)果可知，蓖麻油在500℃的退火條件下能夠揮發(fā)完全，滿足后續(xù)退火工藝的要求，不會殘留，不會影響軋后鋼板的表面清凈性。

2． 4 蓖麻油水解安定性

軋制潤滑劑常常以配制成乳化液的形式在現(xiàn)場使用，如果潤滑劑組分的水解安定性不好，遇水易分解成酸性物質(zhì)，則會使整個體系酸值增加，進(jìn)而在使用過程中對軋件造成腐蝕，影響板面質(zhì)量。蓖麻油和合成酯的水解安定性對比試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。由表1 可知，蓖麻油和合成酯在前24 h 遇水生成少量酸性物質(zhì)，酸值有所增加，24 h 之后油層的酸值幾乎不再發(fā)生變化，而且蓖麻油的水解安定性明顯優(yōu)于現(xiàn)場使用的合成酯，完全能夠替代合成酯滿足現(xiàn)場使用要求。

3 結(jié)論

( 1) 蓖麻油的黏度較大，其黏溫性能適合作軋制工藝潤滑油性劑，能夠有效降低流體潤滑狀態(tài)下軋機(jī)與軋件表面之間的摩擦系數(shù)。

( 2) 蓖麻油的P_B、P_D分別達(dá)到667 N 和1 236N，長磨磨斑直徑為0． 53 mm，抗磨減摩性能良好，達(dá)到一般軋制潤滑工藝油性劑要求。

(3) 蓖麻油的熱穩(wěn)定性較好， 500℃的退火條件下完全能夠揮發(fā)完全，能夠滿足后續(xù)退火工藝的要求。

( 4) 蓖麻油的水解安定性較目前大量使用的合成酯好，因此從成本等方面考慮，可以替代合成酯作軋制工藝潤滑油性劑使用。