馬敏，姚繼洪

奎克好富頓（中國）有限公司 上海 201712

1 序言

應(yīng)對氣候變化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，造福子孫萬代已經(jīng)是人類命運共同體的核心內(nèi)容和共識。我國已向世界宣示，中國力爭在2030年前實現(xiàn)“碳達(dá)峰”、2060年前實現(xiàn)“碳中和”（“雙碳”目標(biāo)）?？撕酶活D自合并初期就已將可持續(xù)發(fā)展作為新公司重要的核心價值之一，并在2020年的可持續(xù)發(fā)展報告中明確：全球運營將在2030年實現(xiàn)“碳中和”，并在2030年之前建立科學(xué)的目標(biāo)，爭取實現(xiàn)2050年整個價值鏈上凈零排放[1]。

實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展離不開技術(shù)的進步和創(chuàng)新。在 “雙碳”目標(biāo)下，我公司更是重新調(diào)整了戰(zhàn)略組織結(jié)構(gòu)，將資源集中于新產(chǎn)品的開發(fā)平臺和重點行業(yè)，其中約30%的研發(fā)支出用于創(chuàng)新。每一個創(chuàng)新研究項目都設(shè)有全球戰(zhàn)略組織，以積極影響產(chǎn)品的整個生命周期。熱處理是相對高耗能產(chǎn)業(yè)，又是制造業(yè)不可或缺的環(huán)節(jié)?？撕酶活D自1880年首次開創(chuàng)專用淬火油以來，一直致力于熱處理工藝介質(zhì)的創(chuàng)新與開發(fā)，根據(jù)新法規(guī)以及新材料和新技術(shù)的發(fā)展，不斷搭建更好的產(chǎn)品體系。

2 減少有害物質(zhì)的使用

奎克好富頓在2020年的可持續(xù)發(fā)展報告中明確指出，公司會致力于產(chǎn)品的完整生命周期的管理和解決方案，通過創(chuàng)新來減少這些影響，并與客戶進行有效的溝通。通過研發(fā)、原材料和產(chǎn)品安全團隊的合作，識別現(xiàn)有產(chǎn)品中的有害物質(zhì)，進一步評估和使用更安全可靠的可替代原料。目前，超過90%的產(chǎn)品采用低于分類標(biāo)準(zhǔn)中致癌、誘變和致毒（CMR）物質(zhì)。2020年，我們的金屬加工技術(shù)研發(fā)團隊與產(chǎn)品管理部門一起確定新的化學(xué)物質(zhì)性質(zhì)，使具有CMR和水毒特性的材料與2019年相比又有4%的下降。近些年，國外對有關(guān)苯酚類結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)的使用限制有可能進一步加大，這又是對整個行業(yè)的一次挑戰(zhàn)。奎克好富頓已經(jīng)提前做好了充分準(zhǔn)備，可保證客戶的正常產(chǎn)品供應(yīng)。另外，由于歐洲和美國對于殺菌劑管制的日益嚴(yán)苛，奎克好富頓提出并開發(fā)了不含殺菌劑的淬火液AQUA QUENCH 222，不僅冷卻性能優(yōu)異，其生物穩(wěn)定性比含有殺菌劑的產(chǎn)品也更勝一籌。目前，在國外如歐洲和日本，已經(jīng)有很多客戶認(rèn)可并使用了這個產(chǎn)品。2021年，奎克好富頓還建立了新的產(chǎn)品安全管理方法，確保始終用最先進的技術(shù)管理產(chǎn)品合規(guī)和文檔管理。

3 使用可再生和可降解材料

使用可再生和可降解材料一直是國內(nèi)外公認(rèn)的重要研究方向?？撕酶活D很早就制定了戰(zhàn)略規(guī)劃，通過組建可再生原料小組，規(guī)劃可再生材料的正確使用和管理，關(guān)注點不止于產(chǎn)品的可再生能力，更要關(guān)注產(chǎn)品對大氣、土壤和水的影響。

淬火冷卻介質(zhì)品種繁多（油、氣、水、鹽、聚合物等），客戶一般根據(jù)材料、工件尺寸和性能要求選擇淬火冷卻介質(zhì)類型。礦物油類是品種最齊全、功能化最多的主流淬火冷卻介質(zhì)。近幾年來，由于環(huán)保要求和冷卻性能表現(xiàn)，植物油類的淬火冷卻介質(zhì)（菜籽油、橄欖油、棕櫚仁油等）逐步變成研究熱點[2，3]。與傳統(tǒng)礦物油類淬火冷卻介質(zhì)相比，植物油基淬火冷卻介質(zhì)在對環(huán)境保護方面的表現(xiàn)更優(yōu)異。礦物油與植物油相關(guān)性能比較見表1，植物油基淬火油與一種典型的礦物油基淬火油的冷卻性能比較見表2，植物油基淬火油和礦物油基淬火油的冷卻特性曲線如圖1所示[2-4]。

圖1 植物油基淬火油和礦物油基淬火油的冷卻特性曲線

表1 礦物油與植物油相關(guān)性能比較

表2 植物油基淬火油與一種典型的礦物油基淬火油的冷卻性能比較

通過對工件力學(xué)性能、油品潤濕能力，以及淬火后化學(xué)穩(wěn)定性的研究表明，用棕櫚油、椰子油、葵花籽油、花生油和蓖麻油等植物油替代礦物油作為淬火冷卻介質(zhì)，表面潤濕性差別不大，但在淬火烈度方面卻與常規(guī)礦物淬火油相當(dāng)[2]。

影響植物油大規(guī)模使用的一個技術(shù)難題是其中包含很多不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，如不飽和鍵的亞油酸、亞麻酸等。所有的研究者都認(rèn)同，如果植物油經(jīng)過減少氧化不穩(wěn)定性等處理后，可很好地替代礦物油。目前，常用的減少不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的方法是環(huán)氧化[2,5]、氫化[2，6]和酯化[2，7]。

奎克好富頓很早就開發(fā)了植物油基淬火油BIOQUENCH 700，經(jīng)過嚴(yán)格的原材料篩選和復(fù)配，其中穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的組分含量很高。BIO-QUENCH 700和同類的植物淬火油QUENCH 3082-64-1已經(jīng)在美洲和歐洲的一些高合金鋼或碳素鋼的淬火工藝（見圖2）中得到了很好的應(yīng)用。該淬火冷卻介質(zhì)的特點是上特性溫度高，工件的畸變也可得到理想的控制。

圖2 植物基淬火油用于高合金鋼零件的淬火

4 再生油技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)，大部分廢潤滑油中劣化了的組分含量通常＜10%，其他90%左右的組分都還能保持原有的性能[8]。如果能將這些廢油再生，不僅有經(jīng)濟價值，也是延長產(chǎn)品生命周期、減少碳排放的一個重要方法。礦物油的變質(zhì)過程可以歸為以下兩大類。

1）烷烴、環(huán)烷烴和帶長側(cè)鏈的芳香烴的氧化過程。烴氧化為過氧化物, 再繼續(xù)氧化變成羧基酸類、瀝青質(zhì)酸類甚至碳化物。

2）帶短側(cè)鏈的芳香烴和無側(cè)鏈芳香烴所經(jīng)歷的氧化過程。烴氧化成過氧化物，繼續(xù)氧化為酚類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、半焦油質(zhì)。反應(yīng)生成的污染物也有很多, 主要包括酸類、瀝青膠質(zhì)、有機鹽和炭等[9]，這些都是影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵因素。常用的再生工藝包括絮凝、蒸餾、萃取、加氫處理、膜分離和吸附等[10]。另外，通過多種工藝組合處理，可以提高再生的效率并減少設(shè)備的損壞和影響。

奎克好富頓在美國很早就有利用再生油技術(shù)生產(chǎn)淬火油產(chǎn)品（HOUGHTO-QUENCH 3xxx系列）的實踐。通過嚴(yán)格的質(zhì)量把控，再生油產(chǎn)品可以與新礦物油產(chǎn)品具有相類似的使用壽命。在中國，目前可作為原料的再生油仍然處于價高量少、質(zhì)量混雜的階段，因此再生油真正大規(guī)模應(yīng)用到淬火油領(lǐng)域還需要經(jīng)歷一定的時間。

生物油，尤其是“地溝油”的再生是一個非常復(fù)雜的問題。由于“地溝油”中含有各種植物油和動物油，并且成分復(fù)雜，所以老化的過程中會引起成分的聚合水解并產(chǎn)生多種極性物質(zhì)，如二聚以上的多聚物、脂肪酸和水等[2，11-14]。圖3給出了植物油脂肪酸部分氧化途徑和氧化副產(chǎn)物。

圖3 植物油中脂肪酸部分氧化路徑和氧化副產(chǎn)物[14]

另外，在長期烹制和存放中產(chǎn)生的有害菌種，如黃曲霉菌等，都是導(dǎo)致氧化后的植物油與新油在冷卻能力上出現(xiàn)較大差異的原因[11-13]。在國際上，再生油用于淬火冷卻介質(zhì)的最新研究方向主要還是以單一食用油，如葵花籽油的再生使用為主。通過一系列物理化學(xué)的處理方法得到中性的油品，其冷卻性能與精煉的葵花籽油及礦物油相當(dāng)[12]。另外，還有一些方法是通過酯交換法制備脂肪酸甲酯，并與部分新油或礦物油混合，仍能夠得到與新油類似的冷卻特性[13]。

有趣的是，有一些國外學(xué)者[15]采用真空熱解工藝，得到黏度降低、淬火性能良好的生物油。用該生物油對25CD4鋼（中國牌號25CrMoA）進行淬火試驗，與未加工的植物油比較，發(fā)現(xiàn)其冷卻曲線與標(biāo)準(zhǔn)礦物油（嘉實多ILOQUECHTM1）的冷卻曲線很接近。處理后鋼的硬度從29～30HRC提高到43～45HRC，這說明經(jīng)一定熱解之后的植物油更有利于提升油品的冷卻能力。

5 提升整個生產(chǎn)線的低碳環(huán)保水平

熱處理工序?qū)儆谥虚g工序，機加工工序中的介質(zhì)，如切削和磨削過程中的清洗劑、液壓油、脫模劑等都可能對于淬火冷卻介質(zhì)產(chǎn)生影響?？撕秃酶活D通過合并實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，產(chǎn)品線也得以拓展和延伸，對熱處理客戶有很大幫助。例如，最近開發(fā)的低溫清洗技術(shù)， 除可以提高清洗能力外，還幫助客戶節(jié)約了能源，達(dá)到低碳環(huán)保的目的。

6 智能裝備技術(shù)

奎克好富頓一個很有特點的產(chǎn)品就是QH FLUIDCARETM團隊對設(shè)備、技術(shù)和整體解決方案的推薦和實施。根據(jù)客戶的需求，資深的技術(shù)和管理團隊通過項目支持，可以提供安全的工作環(huán)境，合理使用水和化學(xué)品，以滿足客戶減少浪費、降本增效、節(jié)能減排的需求。此外，奎克好富頓意識到先進的管理離不開過硬的裝備，公司資深工程技術(shù)團隊開發(fā)出一系列QH FLUID INTELLIGENCE? 和QH-FLUIDWORKER? 工具，可以幫助客戶不同程度地實現(xiàn)無人車間的化學(xué)品管理。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)劃和化學(xué)品的使用數(shù)據(jù)，智能化裝備能夠自動檢測并及時補給化學(xué)品，保證客戶對化學(xué)品的有效使用和生產(chǎn)供給的有序進行?？撕酶活D自行研發(fā)的GREENLIGHTTM等傳感器已經(jīng)在熱處理、金屬加工、軋制等多種場合得到了成功應(yīng)用。QH-FLUIDWORKER?是一種在線紫外線殺菌系統(tǒng)。例如，某客戶發(fā)現(xiàn)控制閥有異味、切削液中細(xì)菌生長復(fù)雜，為管理細(xì)菌每隔5～6次就需換液，數(shù)周內(nèi)就需要按指示劑添加殺菌劑。使用QHFLUIDWORKER?之后，配合奎克好富頓開發(fā)的耐紫外線切削液，氣味和細(xì)菌停止增長，切削液也沒有因為紫外線光照而發(fā)生短期質(zhì)變，極大地降低了處理和管理成本。這項技術(shù)在熱處理客戶中也有很好地應(yīng)用，配備耐紫外線的AQUA QUENCH 140 UV 淬火液，徹底解決了使用中的生菌隱患。

7 新應(yīng)用技術(shù)

特種工藝介質(zhì)主要是為了配合工藝的需求，奎克好富頓一直在不斷探索新的技術(shù)和應(yīng)用方向。真空氣淬是近幾年行業(yè)技術(shù)應(yīng)用的新方向，氣淬的氣源主要是氮氣（N2）和惰性氣體（如Ar）等，可以避免使用不可再生的石油，但是這種工藝對設(shè)備有一定要求，而且氣體制造中能耗轉(zhuǎn)化的碳當(dāng)量與應(yīng)用石油相比還需要核算，因此該技術(shù)的進一步成熟使用還需要一個過程。近幾年，水基淬火液的應(yīng)用拓展也成為工藝改進的新方向，為迎合國家在大氣排放方面的新要求，大型工件的整體淬火從“油變液”的成功探索也越來越多地得到了驗證。目前，淬火液在壓淬方面的應(yīng)用正受到一些客戶的關(guān)注。

8 結(jié)束語

奎克好富頓公司在“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，正在持續(xù)努力地對傳統(tǒng)熱處理工藝中淬火冷卻介質(zhì)做出不斷的創(chuàng)新。通過減少有害物質(zhì)的使用、引入可降解可再生原料、使用再生油等，可提升整個生產(chǎn)線的低碳環(huán)保水平。未來，還需通過研發(fā)新的智能裝備、關(guān)注并配合新的應(yīng)用技術(shù)等，來促進淬火冷卻介質(zhì)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。