李向钰，胡文云，满家鑫，刘美

( 武汉工业学院化学与环境工程学院，武汉430023)

摘要: 对蓖麻油作为轧钢工艺润滑油性剂的主要特性进行了研究。采用运动黏度测定仪研究了其黏温性能，采用四球摩擦磨损试验机考察了其摩擦学性能，采用热重/差热综合热分析仪研究了其热稳定性，并考察了其水解安定性。结果表明: 蓖麻油作为轧钢工艺润滑油性剂具有良好的润滑性能、清净性能以及水解安定性。

关键词: 蓖麻油; 轧钢; 油性剂; 润滑性

近年来，随着钢铁工业的迅速发展，轧制润滑剂的需求量也随之增大，同时对其使用性能提出了更高的要求。不仅要求具有良好的润滑性能、冷却性能、防锈性能、清净性以及化学稳定性，还要求在一定程度上满足生态效应，减少对环境的污染^{［1 － 3］}。

油性剂通常在轧制润滑剂中所占的比例较大，所以其性能是影响轧制润滑剂性能的决定因素。作为传统轧制工艺润滑的油性剂有矿物油、合成油( 合成酯、合成烃) 和植物油( 棕榈油、椰子油等) 。矿物油难以生物降解，会直接污染水体和土壤; 合成酯合成工艺复杂、价格昂贵; 国内目前多用植物油作油性剂。蓖麻为世界上十大植物油料之一，中国为第三生产大国，资源丰富，原料易得^［4］。蓖麻油具有抗磨性好，无毒，易生物降解，对环境没有不良影响。在传统的轧制润滑剂研究中，尚比较少见直接将蓖麻油用作轧钢工艺润滑油性剂的相关报道。我国是产钢大国，轧钢润滑剂消耗量大，为缓解能源压力、寻找石油的替代资源、提高轧钢润滑剂产品的竞争力、更好地满足环境对轧钢润滑剂产品的要求，进行蓖麻油基轧钢润滑剂的研究有着极为重要的社会和经济意义。

1 材料与方法

1． 1 仪器、试剂

CHB265 － 01 型运动黏度测定仪，Diamond DSCTG － DTA 6300 型热重/差热综合热分析仪( 美国Perkin Elmer 公司) ，SR － 10 型四球摩擦磨损试验机，电热恒温鼓风干燥箱，电子万用炉。蓖麻油，市售; 合成酯，氢氧化钾，无水乙醇。

1． 2 分析方法

( 1) 采用毛细管黏度计( 参照GB /T 265) 测定蓖麻油的运动黏度随温度的变化情况。

( 2) 采用SR － 10 型四球摩擦磨损试验机测试产品的承载能力、抗磨性能。四球摩擦磨损试验所用钢球为上海钢球厂生产的GCr15 二级钢球，其直径为12． 7 mm，硬度为HRC 59 ～ 61。按照GB /T3142—1982 方法评定蓖麻油在室温下的减摩抗磨性能和承载能力( P_B) 及烧结负荷( P_D) 。长磨试验条件为: 时间30 min，转速1 200 r /min，载荷392 N，在光学显微镜上测定3 个钢球的平均磨斑直径。

( 3) 采用Diamond DSC TG － DTA 6300 型热重/差热综合热分析仪研究蓖麻油的热稳定性。将适量样品密封在微型坩埚中，称重后放入仪器中，在氮气保护下，以10℃ /min 的速率从0℃ 升至600℃，同时记录其热失重曲线。

( 4) 按1∶ 1 比例取适量蓖麻油和水在50℃下恒温，分别测定24 h 和48 h 时油层的酸值和水层的酸值，并以合成酯做对比试验。

2 结果与讨论

2． 1 蓖麻油黏温性能

图1 给出了蓖麻油黏度随温度的变化情况。从图1 可以看出，随着温度的升高，蓖麻油的运动黏度下降，这与一般润滑油的黏温性能相似。黏度作为轧制润滑剂一个最重要的性能指标，直接影响到轧制变形区油膜厚度。润滑剂黏度越高，油膜抗剪切强度越大，所承受的压力也越大，润滑剂被挤出变形区的可能性也越小，因而油膜厚度越大，在接触表面的凹处首先形成流体动压池达到混合润滑范围，摩擦系数降低。

2． 2 蓖麻油摩擦学性能

经测定，蓖麻油的最大无卡咬负荷P_B为667N，烧结负荷P_D达到1 236 N。钢球平均磨斑直径大小为0． 53 mm。由此可知，蓖麻油的减摩性能较好，这是因为蓖麻油分子中含有极性羟基和不饱和键，易在金属表面形成定向排列的多分子物理吸附膜，从而起到减小摩擦的作用。钢球表面磨痕形貌如图2 所示。由图2 可知，在显微镜下观察磨痕，深度较浅，能够满足轧制工艺润滑油性剂的要求。

2． 3 蓖麻油热稳定性

蓖麻油热重分析如图3 所示。由图3 可以看出，蓖麻油的初始热分解温度为292． 34℃，外延起始温度即蓖麻油的稳定温度为365． 97℃，而且在475℃时基本热失重完全。钢板轧制后要进行退火处理，改变金属的结晶状态，以满足其使用性能的要求。工业上钢板轧制品的退火温度为500℃左右。由热重分析结果可知，蓖麻油在500℃的退火条件下能够挥发完全，满足后续退火工艺的要求，不会残留，不会影响轧后钢板的表面清净性。

2． 4 蓖麻油水解安定性

轧制润滑剂常常以配制成乳化液的形式在现场使用，如果润滑剂组分的水解安定性不好，遇水易分解成酸性物质，则会使整个体系酸值增加，进而在使用过程中对轧件造成腐蚀，影响板面质量。蓖麻油和合成酯的水解安定性对比试验结果如表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质，酸值有所增加，24 h 之后油层的酸值几乎不再发生变化，而且蓖麻油的水解安定性明显优于现场使用的合成酯，完全能够替代合成酯满足现场使用要求。

3 结论

( 1) 蓖麻油的黏度较大，其黏温性能适合作轧制工艺润滑油性剂，能够有效降低流体润滑状态下轧机与轧件表面之间的摩擦系数。

( 2) 蓖麻油的P_B、P_D分别达到667 N 和1 236N，长磨磨斑直径为0． 53 mm，抗磨减摩性能良好，达到一般轧制润滑工艺油性剂要求。

(3) 蓖麻油的热稳定性较好， 500℃的退火条件下完全能够挥发完全，能够满足后续退火工艺的要求。

( 4) 蓖麻油的水解安定性较目前大量使用的合成酯好，因此从成本等方面考虑，可以替代合成酯作轧制工艺润滑油性剂使用。