工业齿轮油不同黏度级别通读规则研究

石 啸

(中国石化润滑油有限公司北京研究院，北京 100085)

0 引言

工业齿轮油广泛应用于钢铁、水泥、煤炭和石化等众多行业，随着国民经济的快速发展，其用量逐年递增，2020年国内需求量已达到31万t/a。按照GB 5903-2011要求，工业齿轮油出厂需要测试运动黏度、液相锈蚀、氧化安定性、四球极压抗磨、FZG承载等16项理化指标和台架性能。其中部分测试项目周期长(例如氧化需要13 d)、费用高(FZG为2万元/次)，造成油品批次检测项目多、检测成本高、出厂延滞，不利于及时供应客户。若依据工业齿轮油配方和产品性能特点，将出厂批次检验项目进行合理简化，可有效避免重复浪费，助力市场保供。

1 齿轮油配方特点

工业齿轮油根据齿轮箱工况特点研制，一般要求具有合适的黏度、良好的黏温性能、足够的极压抗磨性能、良好的氧化安定性性、抗乳化性能、抗泡性能和防锈防腐等性能,主要涉及极压剂、抗磨剂、摩擦改进剂、降凝剂、抗氧剂、防锈剂、铜腐抑制剂、破乳剂和抗泡剂等添加剂。

根据添加剂在润滑油中的主要作用，以功能分类，即“物质按其作用”分为三组：(1)摩擦改善剂(Tribo-Improvers additives)，包括摩擦改进剂、抗磨剂、极压添加剂等，在润滑剂配方中处于中心地位，直接有助于改善润滑剂的摩擦学性能；(2)流变改进剂(rheology-improving additives)，包括黏度改进剂和降凝剂，主要是在流体动力条件下，通过改变液体的体积特性来改善润滑性能，主要涉及基础油的流动性；(3)性能保持剂(Maintainers)，是指通过防止润滑系统中的物质劣化来帮助保持物质(润滑剂和机械元件的材料)处于良好状态的添加剂，主要作用为有助于延长润滑系统的寿命，并且在某些情况下部分有助于提高润滑性能。如抗氧化剂、腐蚀抑制剂(包括防锈剂)、抗泡剂和破乳剂等。

除根据添加剂的功能进行分类外，还可以通过其作用点和作用机理进行分类，如以作用点分类可分为界面剂和分散剂两类，以作用机理分类可分为化学添加剂、物理添加剂两类。表1列出了各个润滑剂添加剂不同分类的交互特性[1-3]。

表1 添加剂不同分类的关系

从表1可以看出，极压剂、抗磨剂、摩擦改进剂、抗氧剂和腐蚀抑制剂均为化学作用机理，彼此之间存在相互影响，如竞争吸附作用等。物理作用类添加剂包括降凝剂、破乳剂、抗泡剂。依据添加剂的化学作用、物理作用以及界面作用机理，并根据齿轮油配方开发经验，工业齿轮油理化项目和添加剂、基础油关联性见表2。

表2 工业齿轮油主要理化项目与添加剂、基础油关联性

表2(续)

根据表2对应情况，工业齿轮油最为重要的极压性能与配方中的极压抗磨剂、防锈剂和基础油相关度较大；若在添加剂种类和加剂量完全相同的情况下，提升齿轮油的黏度级别可增大油品的油膜厚度，油品承载性能增强；即添加剂相同情况下，基础油组分类别相同仅比例不同的同源基础油配方，高黏度级别工业齿轮油承载高于低黏度级别工业齿轮油。因此对于添加剂相同且基础油同源的工业齿轮油配方，低黏度级别油品承载性能可向上读到同源高黏度级别。

氧化性能与配方中的抗氧剂、极压剂和基础油关联性较强，根据经验一般同类低黏度基础油的抗氧化性能优于高黏度基础油，因此高黏度级别齿轮油抗氧化性能可向下读到同源低黏度级别。同源低黏度基础油低温性能优于同源高黏度基础油，因此倾点的情况类似，即降凝剂及剂量相同时，高黏度级别配方倾点可向下读到同源低黏度级别。

2 DIN与Flender通读规则

由于德国强大的机械制造实力，同时拥有Flender、SEW、Bosch Rexroth和Eickhoff等众多高端工业齿轮箱OEM，引领了齿轮箱和工业齿轮油技术发展趋势，德国标准化学会(Deutsches Institut für Normung，DIN)的《润滑剂.润滑油.第3部分:润滑油CLP的最低要求》：DIN 51517-3齿轮油标准在行业中广泛使用，且认可度高[4-11]。DIN 51517-3-2018标准附录A中对工业齿轮油的通读规则有明确要求，具体见表3[12]。

表3 DIN 51517-3工业齿轮油不同黏度级别通读规则

表3(续)

从表3可以看出，DIN 51517-3-2018对于工业齿轮油的极压承载性能，如FZG和FE-8仅需测试最低黏度级别；对于倾点仅需测试最高黏度级别，而氧化安定性、铜片腐蚀和液相锈蚀除了需要测试最高黏度级别，还需要补测常售黏度级别，有助于进一步确认该配方体系可行性。

弗兰德(Flender)为国际顶尖工业齿轮箱制造商，其齿轮箱产品涵盖水泥、钢铁、煤炭和港口等各个工业领域，技术水平和市场占有率均处于领先地位。弗兰德主导的AS7300工业齿轮油技术规格多年来一直引领着国际工业齿轮油技术规格的发展，目前已更新为第16版，在工业齿轮油领域具有极为重要的地位[13]。弗兰德工业齿轮油技术规格AS 7300中一共有10余个测试项目[14]，相关黏度级别测试要求见表4。

表4 弗兰德AS7300技术规格对工业齿轮油配方测试要求

表4(续)

由表4中可知，弗兰德AS7300不同黏度级别通读规则要求与DIN 51517-3-2018基本一致，对于FZG、FE-8轴承和FVA54微点蚀等承载性能均对最低黏度级别VG 150进行测试，Flender泡沫对最高黏度级别VG 680进行测试，而对于底漆、面漆、橡胶兼容性和弗兰德过滤测试仅需测试常售黏度级别VG 320。

3 国内工业齿轮油通读规则建议

从齿轮油配方特点、添加剂作用机理、DIN 51517-3和弗兰德工业齿轮油技术规格的通读规则可以看出，对于FZG、FE-8和微点蚀等承载性能可以从低黏度级别向上通读，抗氧化性能可以从高黏度级别向下通读，结合国内工业齿轮油实际情况，国内L-CKC/L-CKD工业齿轮油通读规则建议如表5。

表5 L-CKC/L-CKD工业齿轮油通读规则建议

以L-CKD工业齿轮油为例，VG 68～1000等8个黏度级别18个分析项目共需测试144个理化和台架项目，测试周期长，费用高。经过通读规则简化后，常规理化只需测试86个，氧化长周期和承载性能台架仅需测试12个，常规理化精简了10.4%，氧化长周期和承载性能台架精简了80%；特别是13天长周期的氧化实验从8个黏度级别缩减为2～3个黏度级别，对于油品快速出厂具有重要意义。按常规检测价格计算，全黏度级别单批次总检测费用可节省64.7万元，检测费用仅为采用通读规则简化前的12.7%，节约效果显著。

4 小结

国内工业齿轮油产量逐年增加，但油品生产环节存在一定程度的供货不及时，检测费用过高的情况。根据工业齿轮油产品特点和DIN 51517-3等工业齿轮油标准跨黏度级别通读规则，结合国内齿轮油实际情况综合分析梳理了L-CKC/CKD工业齿轮油通读规则，按照承载性能和抗氧化性能等项目分别进行低黏度级别和高黏度级别测试，可有效简化油品检测个数，节省检测费用，加快油品出厂速度，对于工业齿轮油生产环节避免重复浪费，及时稳定市场供货均具有重要意义。