復合磺酸鈣基脂在熱軋寬帶鋼軋機工作輥軸承上的應用
2025-11-07
李紀委 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設備的發展和升級，軋機工作軸承工況更趨惡化，對軋機軸承用潤滑脂的抗水、極壓抗磨等性能提出了更高要求。基于復合磺酸鈣基脂在抗水、極壓、防銹、機械安定性等方面的性能優勢，其作為軋機軸承用潤滑脂在國內外廣受關注，有良好的發展前景。國產復合磺酸鈣基脂在某鋼廠大型熱軋寬帶鋼軋機工作輥軸承上的應用試驗結果表明，與進口復合鋰基潤滑脂相比，國產復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正常，無異常磨損、溫升現象，無銹蝕作用，適合作為熱軋寬帶鋼軋機工作輥軸承用潤滑脂。
近年來，隨著國內寬帶鋼產能的迅速增長，PC（Pair Cross roll，成對輥交叉）、CVC（Continuously Variable Crown，輥凸度連續可調） 軋機在國內得到廣泛應用，軋機板形控制能力愈來愈強，軋機結構更加復雜，工作輥軸承受力狀態苛刻，對潤滑脂的極壓、抗水性能提出了更高的要求。軋機工作輥在高速旋轉時，其軸承座承受的內壓以及高壓軋輥冷卻水的沖刷，會使軸承潤滑脂快速流失，導致軸承工作時所需的潤滑條件得不到保證，軸承的使用壽命大為縮短，軸承燒損抱輥現象時有發生；同時，軋輥冷卻水還會將氧化鐵皮等雜質帶入軸承座內，在軸承內部形成磨粒磨 損，造成點蝕乃至疲勞剝落。如果軸承維護不及時，會導致軸承直接報廢。基于上述情況，要求在每次上機前必須給軸承補充新潤滑脂，因此潤滑脂消耗量很大。隨著國內鋼鐵企業對設備潤滑越來越重視，其潤滑管理趨向細致，亟需一種長壽命且綜合性能優良的潤滑脂，以滿足軋機工作輥軸承多周期不補脂的使用要求。復合磺酸鈣基脂具有全面、優異的性能，特別是在遇水后其稠度基本保持不變，同時具有極佳的極壓抗磨性能，使用量小且壽命長，能夠滿足軋機軸承近乎苛刻的工況，已逐漸成為熱軋寬帶鋼軋機工作輥軸承用潤滑脂的首選。
隨著國內復合磺酸鈣基脂技術逐漸趨向成熟，國產復合磺酸鈣基脂產品的抗水性、極壓抗磨性、剪切安定性等性能已經達到或者超過進口同類型產品。近幾年來，寬帶鋼軋機軸承用潤滑脂的國產化成為一種趨勢，國產復合磺酸鈣基脂產品逐步替代進口產品，在國內軋機軸承上獲得推廣應用。
1 國內外復合磺酸鈣基脂的發展
復合磺酸鈣基脂具有優良的高溫性能、機械安定性、膠體安定性、極壓抗磨性、抗水性以及優異的防銹性，其以全面、優異的性能引起了國內外潤滑脂行業的廣泛關注，被稱為 “新一代高效潤滑脂”。
早在20世紀50年代，國外就已經出現了以磺酸鈣作為稠化劑的高滴點磺酸鈣基潤滑脂[1] 。但由于當時高滴點磺酸鈣基潤滑脂稠化能力很小，低溫泵送性很差，在很長時間內限制了其推廣應用。直到20世紀80年代中期，加拿大科學家Ron Muir等采用非牛頓體高堿值磺酸鈣皂與其他脂肪酸鹽復合的方式，成功地研制出了復合磺酸鈣基脂，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化大規模應用掃除了障礙。
國內對復合磺酸鈣基脂的研究起步相對較晚，但發展十分迅速。近年來，磺酸鈣基潤滑脂在國內已經有長足的進展。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現了復合磺酸鈣基脂的工業化生產，打破了國內市場被國外企業壟斷的局面。近幾年，復合磺酸鈣基脂憑借其全面、優異的性能，在熱軋寬帶鋼軋機軸承上得到越來越多的應用。2010年，我國復合磺酸鈣脂占潤滑脂總量的比例已達到0.49%，但是相對北美地區，國內復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，復合磺酸鈣基脂在國內仍有巨大的發展空間。
2 復合磺酸鈣基脂在軋機軸承上應用的性能優勢
作為軋機軸承用潤滑脂，復合磺酸鈣基脂的性能指標超過鋰基潤滑脂、復合鋰基潤滑脂、聚脲基潤滑脂等傳統潤滑脂。國產復合磺酸鈣基脂和進口復合鋰基脂的性能對比見表1。
與傳統的軋機軸承用潤滑脂相比，國產復合磺酸鈣基脂的性能優勢主要體現在以下方面。
2.1 抗水性能
國產復合磺酸鈣基脂遇水后稠度變化很小，不易發生變軟流失現 象，可在軸承內保持適當的稠度，更易于保護軸承，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，國產復合磺酸鈣基脂的燒結負荷PD值也可達到3920N，能夠滿足軋機軸承的極壓潤滑要求。在高負荷狀態下，磺酸鈣的膠體結構易遭到破壞，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構，剪切強度低而縱向承載能力高，由此可以提高潤滑脂的抗燒結能力。
2.3 防銹性能
國產復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構。其結構中的SO32-具有強極性，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 機械安定性
和其他潤滑脂相比，國產復合磺酸鈣基脂具有很好的機械安定性，經過106次剪切后，其稠度（0.1mm）僅變化不到10單位。這和復合磺酸鈣基脂的結構密切相關。復合磺酸鈣體系內由醋酸鈣、硼酸鈣、碳酸鈣等顆粒組成，除了脂肪酸鈣纖維易發生部分斷裂外，復合磺酸鈣基脂的結構不會發生變化，不會因其受長時間剪切而破壞。
3 復合磺酸鈣基脂在熱軋寬帶鋼軋機上的應用案例
某國有大型鋼廠1700 mm熱軋寬帶鋼軋機軸承原使用進口復合鋰基潤滑脂，存在潤滑脂價格昂貴、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F3機架的一套軸承上應用國產復合磺酸鈣基脂替代進口復合鋰基潤滑脂進行3個月的應用試驗。期間軸承內潤滑脂飽滿，軸承未出現異常磨損、溫升等現象，軸承潤滑狀態良好。
3.1 國產復合磺酸鈣基脂替代前后軸承使用狀態對比
分別使用國產復合磺酸鈣基脂及進口復合鋰基潤滑脂的1700 mm熱軋寬帶鋼軋機軸承狀態見圖1。
由圖1可見：
使用進口復合鋰基潤滑脂時，軸承內潤滑脂量偏少，潤滑脂顏色呈灰白色，說明其黏附性差；軸承拆解后出現銹蝕現象，部分軸承外圈出現明顯壓痕，易導致軸承使用壽命達不到預期要求。
使用國產復合磺酸鈣基脂時，軸承間油槽內充滿潤滑脂，且其顏色基本保持與原脂相同，未出現灰黑色變化；在用潤滑脂手感、稠度及粘性保持良好；滾動體表面附有均勻油膜，表面光亮，無麻點、銹蝕等現象，軸承潤滑狀態良好。
3.2 在用潤滑脂取樣指標對比
在3個月的應用試驗期間，定期拆解軸承，并對相同部位所取的進口復合鋰基潤滑脂與國產復合磺酸鈣基脂分析數據進行對比，結果見表2。
由表2可見：
相對于國產復合磺酸鈣基脂，在用的進口復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。而潤滑脂內存在大量水分會使潤滑脂的各項性能下降，破壞潤滑脂已形成的油膜，大大降低其潤滑效果，導致軸承使用壽命大幅度降低。
潤滑脂的鐵含量是體現軸承潤滑狀態的最為關鍵的指標，直接反映了軸承的磨損程度。在用的進口復合鋰基潤滑脂的鐵含量最高達2987mg/kg，說明鐵屑長時間存在于軸承內部，易造成磨粒磨損，導致軸承出現劃傷等現象；在用的國產復合磺酸鈣基脂的鐵含量大幅度降低，軸承內外圈、滾動體表面光亮無劃痕，說明軸承潤滑狀況良好。
經過長時間使用后，國產復合磺酸鈣基脂的PD值均高于進口復合鋰基潤滑脂，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荷的條件下保持良好的潤滑性能而不發生燒結現象。
綜合比較替代前后在用潤滑脂的現場使用效果以及性能分析測試結果，均表明國產復合磺酸鈣基脂在1700mm熱軋寬帶鋼軋機軸承上的應用更好。目前，該條熱軋生產線已全線使用國產復合磺酸鈣基脂替代進口復合鋰基潤滑脂，取得了良好的使用效果。
4 結束語
近年來，我國熱軋軋制技術發展很快，軋機軸承對潤滑脂的極壓抗磨性、抗水性、防銹性、機械安定性提出了更高的要求。作為一種長壽命、環保的潤滑脂，復合磺酸鈣基潤滑脂具有全面、優異的性能，且用量小，與傳統軋輥潤滑脂相比具有明顯優勢，將逐漸成為熱軋寬帶鋼軋機軸承的主流用脂。
【參考文獻】
[1]王海燕.復合磺酸鈣基脂的制備與 性能[D].濟南：山東大學，2007.
[2]姚立丹，楊海寧.近年來潤滑脂生 產狀況及發展動態分析[C]//第十四 屆潤滑脂技術交流論文集，2011：8-12.
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