Чтобы оценить и понять результаты испытания, нужно раскрыть молекулярную структуру сравниваемых масел.

1. Масло-эталон П-28 (кривые графика построены по его работе). Это нелегированное присадками масло, которое вырабатывалось из уникальных «светлых» нефтей бакинского, грозненского и анастасьевского (тоже Северный Кавказ) месторождений. «Светлая» нефть – не отягощенная битумными смолами - асфальтенами. Дает большой выход топлива. Остаток после отгонки топлив и легких масел из светлых нефтей– масла Цилиндровое-52 ГОСТ 6411-76 и П-28, характеризующихся длинными молекулами углеводородов. Другое название масла П-28 – «брайтсток», что в переводе с английского означает «светлый остаточный компонент».

Из других российских нефтей выходят черные остаточные компоненты с большим количеством битумных смол - асфальтенов, ароматических и непредельных углеводородов (свободных радикалов). Эти примеси должны удаляться в процессе химических очисток, иначе они отлагаются на смазываемом оборудовании, вызывают коррозию металлов оборудования, ускоренное старение масла и порчу резиновых уплотнений. Степень очистки характеризуется показателем «Цвет на колориметре». Чистые высоковязкие масла имеют цвет 3 – 4,5 единицы, черные масла - 6 -8.

По существу черный остаточный компонент – это мазутный остаток после отгонки легких масляных фракций. После ряда химических очисток он превращается в полноценное товарное масло.

Другая характеристика, отличающая очищенное масло от черного остаточного компонента – плотность при 20⁰C. Битумные смолы и ароматика обладают высокой плотностью. Плотность слабоочищенного высоковязкого масла 900 – 930 и выше кг/м3.

Плотность высоковязкого товарного масла 880 – 890 кг/м3. С целью скрыть этот отличительный признак производители масел нормируют измерение плотности при 25⁰C и получают результат 897. С нагревом масло расширяется и плотность падает. Пример – «новые» ТУ 0253-034-00151911-06.

2. Масло И-460ПВ производства «Пермский завод смазок и СОЖ». До середины 2002 г. – лучшее российское масло для подшипников жидкостного трения прокатных станов. Получалось путем дозагущения очищенного базового масла типа М-20 добавлением 4-х % низкомолекулярного полиизобутилена или повышением индекса вязкости вязкой маслосмеси П-40 + И-40А полиметакрилатом. То есть улучшается природная структура масла. Это запатентованное в 1994 г. изобретение коллектива авторов ОАО «СвНИИНП». Но эти компоненты подвергаются деструкции (разрушению) после определенного периода эксплуатации.

После 2003 г. степень очистки базового масла И-460ПВ начала снижаться, что было вызвано экономическими причинами (ценовая конкуренция между шестью изготовителями масел И-…ПВ Пермского завода смазок и СОЖ, РОЗНХП г. Рязань, РязНХП, оренбургского и рязанского заводов ТНК. Пермское масло в 2005 г. было дороже рязанских на 50 %, масло И-Т-В-460 от ООО «МегаМас-2» с 2005 по настоящее время – уже вдвое дороже). Постепенно возросли потери масла через повреждаемые примесями резиновые или латунные уплотнения подшипников (расход масла увеличился до 9 раз). При росте цены базового масла П-40 с 2003 г. по 2008 г. в 4 раза (с 8000 до 31212 руб./тн. с доставкой), цена масел для ПЖТ возросла лишь в 1,5 раза ( с 14512 до 22560 руб./тн. с доставкой) и стала ниже в 1,4 раза цены допущенного сырьевого базового масла. Парадокс ценовых конкурсов? Но лишь на первый взгляд.

3. Масло И-Т-В-460 разработки ООО «МегаМас-2» 2000 г. До середины 2002 г. повторяло состав И-460ПВ при еще лучшей степени очистки от вредных нефтяных примесей базового масла (брались товарные масла КМ-22, МС-20, К-2-24, КС-19). Цвет масла И-Т-В-460 2-4 единицы против 5-6 у масла И-460ПВ. Изобретение ОАО «СвНИИНП» было доработано и усовершенствовано коллективом ООО «МегаМас-2». В августе 2002 г. была изготовлена промышленная партия с обновленным составом. Вместо полиизобутилена был использован синтетический каучук до 20 раз более высокого молекулярного веса. Вводилось его в 7 раз меньше, что защищало масло от желирования и устойчивых эмульсий. Была опровергнута научная догма, что молекулы молекулярной массы 80000 – 300000 ед. будут легко рваться под нагрузкой в сравнении с молекулой полиизобутилена с м.м. 9000 – 15000.

За счет особой технологии молекулы полимера равномерно встраивались по всему объему масла между молекул углеводородов, прошивая их. Создавался своеобразный полимерный каркас, ограничивавший подвижность молекул углеводородов. Подобно листу папоротника, молекулы полимера разворачивались из спирали и сцеплялись между собой. Молекулы масла защищали этот каркас от повреждения. Чем выше было давление на масло, тем крепче этот каркас удерживал молекулы масла. То есть масло превращалось в квазиупругую жидкость. Уместна аналогия «мышцы – гибкий хрящевой скелет». Специальная антифрикционная присадка предотвращала подобное масло и баббитовую втулку-вкладыш при работе подшипника от более раннего разогрева, создавая на поверхности пар трения тонкомолекулярный слой скольжения.

Постепенный рост в 3-6-9 раз расхода масла И-460ПВ с 2003 по 2006 г.г. при утечках через уплотнения в сравнении с маслом И-Т-В-460, работавшем на том же оборудовании с 2000 по 2003 г.г. может натолкнуть на два вывода: либо упругое масло И-Т-В-460 не выдавливалось через уплотнения подшипников (что технически мало вероятно, ведь за маслоотбойником в «кармане» возле уплотнений не должно быть масла под давлением), либо сами уплотнения настолько были повреждены примесями масла И-460ПВ за 2003 – 2006 г.г., что не препятствуют вытеканию масла. При этом наверняка засорены смолистыми отложениями трубки отвода масла под давлением из ПЖТ в циркуляционную магистраль. Поэтому масло перетекает через маслоотбойник и под давлением вытекает через уплотнения. Назначение уплотнений – препятствовать, насколько возможно, попаданию в масло водяного пара и окалины при охлаждении металлопроката водой. Поэтому за рубежом меньше внимания уделяется водоотделению масла, а больше – состоянию уплотнений. В этом случае, прежде чем перейти на применение масла И-Т-В-460 после слива И-460ПВ, систему смазки необходимо дважды промыть (керосином или промывочным маслом для растворения отложений и маслом И-40А для удаления керосина) и заменить поврежденные уплотнения.

Изобретение, примененное в масле И-Т-В-460, а затем и в масле Цилиндровое-52 «золотой ярлык», было названо «создание упругой масляной смазывающей пленки повышенной толщины» и запатентовано. То, что в более вязком масле полимер настолько ограничивал подвижность молекул, что снижалась испаряемость масла при нагреве в 4-7 раза и повышалась температура вспышки на 30⁰C (еще одна опровергнутая научная догма), стало дополнительными доводами в пользу подтверждения теоретического обоснования изобретения. В процессе поиска аналога по международной базе данных было найдено изобретение с таким же названием и полимером у компании NIPPON STEAL CHEMICAL. Но японский состав соответствовал лишь нашему полуфабрикату – маслу с полимером без других функциональных присадок. Поэтому оно имело такую же высокую несущую способность. Но срок службы японского масла был наверняка меньше, так как отсутствовали другие присадки – антикоррозионная и антиокислительная. Не было в нем противоизносной присадки, которая также защищает от трения пару вал-втулка во время разгона и торможения стана, пока вал еще не всплыл на масляном клине. Не было противозадирных свойств, которые делают масло И-Т-В-460 универсальным – и для ПЖТ и для тяжелых передач редуктора. И, самое главное, плотность японского состава 0,92 – 1,2, что указывает на отсутствие очистки от вредных для масла и металлов нефтяных примесей. По существу – сырая тяжелая нефть. Вязкость японского состава 40 – 400 cst позволяет предполагать назначение – серия масел для смазки передач или подшипников.

Обычные противозадирные присадки содержат серу, и их контакт с водой не допустим. Образуется серная кислота. Масла для ПЖТ работают в условиях обводнения. Присадки масла И-Т-В-460 не вымываются водой и не образуют с ней коррозийных кислых и щелочных сред. (Анализ масла и воды из эмульсии на наличие водорастворимых кислот и щелочей). В эмульсии масла И-460ПВ происходит коррозионное разрушение баббитовых вкладышей (Акт испытания материалов ПЖТ в масляных эмульсиях в ГосНИИ 25 МО).

В масле И-Т-В-460 присутствует диспергирующая присадка, которая поддерживает механические примеси (окалину) и продукты окисления масла во взвешенном состоянии, что повышает фильтруемость масла, не позволяет образовываться отложениям. Масло И-460ПВ дает смолистые отложения в подшипниках.

В масле И-Т-В-460, как и в И-460ПВ, присутствуют деэмульгирующая и противопенная присадки. Технология ввода их таковы, что через 12 секунд в масле И-Т-В-460 остается 10% воды (воды и масла при опыте в эмульсии поровну), а полная – через 20 – 35 минут. Пена же отсутствует полностью, что очень важно в прокатке.

Если уплотнения подшипников в хорошем состоянии и свежее масло постоянно не доливается на восполнение утечки, то через 3 месяца современное масло И-460ПВ оказалось непригодным для дальнейшей эксплуатации (опыт ОАО «Алкоа Металлург Рус» «АМР» 2006 г. Оно пенилось, плохо отделяло воду, желировалось («кисель»), засоряло подшипники и магистрали смолистыми отложениями. Это проявления вредного воздействия нефтяных примесей базы масла, не подвергшейся ради удешевления очистке. Когда в подшипниках сильные течи через уплотнения (до 40% в месяц от первоначальной заливки), то масло постоянно освежается доливом, и нет возможности оценить реальный срок службы масла. Поэтому покупается то, что подешевле, - все равно вытечет. Стоит же поменять уплотнения и перейти на более дорогое масло И-Т-В-460, как большая польза от этого мероприятия вскоре проявится: семикратно больший срок службы, сохранность уплотнений и баббитовых вкладышей ПЖТ, повышение производительности стана за счет уменьшения ремонтных, регламентных и профилактических работ.

Полимеры в маслах дают стойкие эмульсии. При совершенствовании масла И-Т-В-460 было испытано большое количество разнообразных полимеров и выбраны те, что не взаимодействуют с водой.

Полимеры характеризуются различной степенью разрушения под нагрузкой, о чем было указано испытателем от ОАО «ЭЗТМ» в оценке результатов стендовых испытаний. Среди отобранных полимеров был проведен дальнейший отбор на прочность полимерных связей на ультразвуковой установке. Это очень жесткое испытание. Ультразвук за несколько минут дробит камень. Применяется при проверке загущенных авиамасел.

Отобранный полимер в масле И-Т-В-460 дал снижение вязкости масла через 1 час испытания 1,6% (акт ГосНИИ № 25 МО). Результаты по другому родственному полимеру 8 – 10%. По полиизобутилену – результат еще хуже.

Выбранный полимер прекрасно показал себя в промышленной эксплуатации. Вязкость масла сохранялась в пределах нормы в течении всего длительного – 22 месяца – периода эксплуатации в ОАО «АМР» на прокатном стане «Кватро-2800» в подшипниках и передачах редуктора.

4. Импортные масла. Mobil Vacuolain -146 и Neste Kierto -460 R. Получают из высокоочищенных базовых высоковязких масел без добавления полимеров (типа П-28). Это видно по цвету 3-4 ед., плотности 0,89 г/см3 и индексу вязкости 95 – 97.

У слабоочищенных масел даже с загустителем (И-460ПВ) индекс вязкости не превышает 97, а до 2006 г. (старая версия) был 90 – 92. Исходный индекс вязкости базового черного масла 74 – 84.

Очищенное масло с полимером (И-Т-В-460) имеет индекс вязкости 102 – 120 в зависимости от начальной вязкости базы. Индекс вязкости базы 90 – 92, что также указывает (третий показатель после цвета с прозрачностью и плотности) высокую степень химической очистки масла от вредных нефтяных примесей.

Анализ нагрузочной кривой.

1. Разгон подшипника до 500 об./мин.

Масло И-Т-В-460 имеет одинаковые показатели с импортными маслами и эталоном – П-28.

Масло И-460ПВ показывает на 4 % лучшие результаты за счет доли полиизобутилена - 4 %.

2. Выход на рабочие скорости прокатки.

Вал всплывает на масляном клине. Обороты валка диаметром d = 180 мм растут с 500 до 1400об./мин., что соответствует скорости прокатки 2П R х n = 3,14 х 0,18 м. х 500 или 1400об. / 60 сек. = от 4,7 до 13,2 метров/сек. Скорости прокатки толстолистовой стали – 14,5 м/сек., тонколистовой стали – 30-40 м/сек. Диаметры подшипников доходят до 1800 мм. Поэтому при таких же оборотах скорость прокатки в ПЖТ от 550 мм была бы даже превышена.

Ограничением скорости прокатки и давления на валок является температура масла 110⁰C, при которой может повредиться («поплыть») баббитовая втулка-вкладыш подшипника. Рабочий безопасный диапазон роста давления на валок, согласно графика, при скорости прокатки до 900 об./мин. То, что точки замера по маслу И-Т-В-460 не ушли левее правой ветви кривой (смещение пика левее 500 об./мин.) показывает, что разогрев масла происходит аналогично маслу П-28 и И-460ПВ.

2.1. Импортные масла показывают результаты, равные эталону П-28 при оборотах до 900 в минуту. При дальнейшем росте скорости прокатки импортные масла от Mobil и Neste «проваливаются» ниже эталонной кривой на 10 – 14 % и 13 – 30 % соответственно. Но испытания за пределами 900 оборотов – это проверка несущей способности на перспективу для новых более тугоплавких материалов втулки-вкладыша.

Проигрывает масло Мо bil Vacuolain -146 эталону П-28 и другим российским маслам по той причине, что в результате высокой очистки в нем совсем нет битумных смол. Битумные смолы и ароматика сами по себе обладают высокими смазывающими свойствами. Но вред от них гораздо больший (коррозионный), чем польза. Очистка улучшает срок службы масла и его антикоррозионные свойства.

Полимеры в очищенном масле И-Т-В-460 создают упругую «подушку» в толстом слое пленки масла, а противоизносная присадка начинает работать на разгоне в тонком слое масляной пленки и при высоких скоростях, защищая от износа пару вал-втулка и излишнего перегрева масло и баббитовую втулку. Эти добавки заменяют природную нефтяные смолы и ароматику по смазывающим свойствам и продлевают срок службы масла и оборудования.

2.2. Масло И-Т-В-460 с ростом скорости на оборотах 600 – 850 - 1020 превышает по нагрузке эталонную кривую на 21 – 17 – 7,5 %. С дальнейшим ростом скорости прокатки – результат плавно снижается к эталону. Связанные каркасом полимера молекулы углеводорода в тонком слое пленки масла в 20 - 60 микрон становятся подобны природной структуре масла-эталона П-28.

2.3. Относительно масла Mobil нагрузочная способность масла И-Т-В-460 при рабочих скоростях прокатки выше на 16 - 18 - 28 - 13%. Для сравнения с маслом Мобил точки замеров масла ИТВ-460 соединяются. На пересечении вертикалей из точек замеров масла Mobil с получившимся графиком нагрузки для масла И-Т-В-460, берутся значения нагрузки. Первая точка измерения по оси абсцисс 650 об/мин ( 215 кг/см / 185 = 16,2 %) и т.д. по точкам для масла Мобил до 1000 об./мин. Но это сравнение было бы полностью корректным, если бы испытывались масла равной вязкости с точностью до 20 сst при 40⁰C и до 1 cst при 100⁰C. Образец И-Т-В-460 имел V 40 = 414 с st , V 100 = 36 с st и индекс вязкости 116. То есть даже на низшем пределе вязкости V 40 масло И-Т-В-460 показало лучший результат, что весьма объективно его характеризует. В импортных маслах для ПЖТ индекс вязкости 97 – 100. Чем выше индекс вязкости масла для ПЖТ – тем лучше его нагрузочная способность при нагреве. В стане Кварто-2800 вязкость масла И-Т-В-460 V 40 = 478 cst , но за 22 месяца эксплуатации случаев перегрева масла не наблюдалось.

2.4. Масло И-460ПВ имеет равные значения нагрузки с маслом И-Т-В-460. Образец масла И-460ПВ производства Пермский завод смазок и СОЖ испытывался в 1998 г. Это действительно хорошее масло, пока не испорченное ценовыми конкурсами. Но срок сохранения этих свойств значительно ниже, чем в усовершенствованном масле И-Т-В-460. Полиизобутилен недолговечен.

Вывод: масло И-Т-В-460 от ООО «МегаМас-2» объединяет достоинства очищенных незагущенных импортных и загущенных слабоочищенных российских масел и не имеет их недостатков; превосходит по нагрузочным свойствам импортные масла на высоких скоростях прокатки и российские по сроку службы (даже при условии современной очистки версии масла И-460ПВ 2006 г. от ТНК) при равной нагрузочной способности.

Выражаю признательность за техническое консультирование при написании статьи д.т.н Тарабаеву Г.И. – начальнику бюро металлургического оборудования ОАО «ЭЗТМ».

Разработчик масла И-Т-В-460 «МегаМас-2» Высоцкий С.В.