BR112021009900A2 - Lubrificante para a conformação a quente de metais - Google Patents
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Abstract
lubrificante para a conformação a quente de metais. lubrificante para a conformação a quente de metais, em particular para a lubrificação da barra de mandril e/ou do bloco oco na produção de tubos sem costura, em que o lubrificante contém pelo menos os seguintes componentes, com base no teor de sólidos: -55 a 85% em peso de um lubrificante sólido consistindo em uma mistura de talco e uma mica de potássio, em que a razão de talco para mica de potássio no lubrificante sólido é de 2,0 a 5,0, - 10 a 30% em peso de um adesivo selecionado de um acetato de polivinila, vidro líquido de sódio e dextrina ou uma mistura dos acima referidos, - 2 a 10% em peso de um espessante selecionado a partir de hidroxicelulose, hidroxietil-celulose, hidroxipropilcelulose, carboximetilcelulose, metilcelulose, etilcelulose, metiletilcelulose, hidroxietilmetilcelulose, hidroxipropilmetil-celulose, etil-hidroximetilcelulose, carboximetil-hidroxicelulose, dextrina, amido, bentonita modificada organicamente, esmectita e goma xantana, -0 a 10% em peso de outros auxiliares, preferivelmente selecionados a partir de antiespumantes, dispersantes e biocidas e - não mais do que 10% em peso de grafite, preferivelmente não mais do que 5% em peso de grafite, particularmente preferivelmente sem grafite.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LUBRIFICANTE PARA A CONFORMAÇÃO A QUENTE DE METAIS". Objeto da Invenção
[0001] A invenção refere-se a um lubrificante de barra de mandril substancialmente sem grafite e sem boro para uso na conformação a quente de metais para a produção de tubos sem costura, em particular nos chamados processos contínuos ou processos de forja rotativa. Antecedentes da Invenção
[0002] Na conformação a quente de metais, como chapas ou blocos ocos, em instalações de laminação ou prensagem, são necessários lubrificantes que garantam o deslizamento ideal do metal entre as ferramentas de processamento em altas temperaturas de processamento. Durante a produção de chapas perfiladas ou tubos sem costura em laminadores, podem ocorrer temperaturas de 1100 a 1300°C. Se metais duros ou difíceis de conformar forem processados, as ferramentas de processamento poderão se desgastar rapidamente. Altos coeficientes de atrito entre a ferramenta e a peça também levam ao aumento do consumo de energia durante a usinagem.
[0003] Em modernos laminadores de tubos, especialmente no chamado processo contínuo com vários carrinhos de laminação acionados e controlados separadamente, a moldagem dos tubos sem costura é realizada na etapa do processo principal, laminando um bloco oco pré-fabricado a cerca de 1200°C a 1300°C sobre uma barra de mandril. Após o processo de laminação, a barra de mandril é removida da peça em bruto tubular e resfriada em um banho de resfriamento ou por resfriamento por pulverização com água e preparada para o próximo processo de laminação. Esta preparação da barra do mandril após o resfriamento também inclui a lubrificação na qual o lubrificante é pulverizado sobre a barra do mandril.
[0004] Esta lubrificação é essencial para o deslizamento ideal do bloco oco na barra do mandril durante o processo de laminação e também é decisiva para a qualidade posterior e precisão dimensional do tubo, em particular para a constituição da superfície interna do tubo.
[0005] Os lubrificantes da barra do mandril usados devem ter boas propriedades de lubrificação e ao mesmo tempo suportar as altas temperaturas de usinagem. As boas propriedades de lubrificação não incluem apenas o fato de que os lubrificantes são adequados para reduzir o coeficiente de atrito entre a barra do mandril, mas também que eles têm boas propriedades umectantes e formam uma película lubrificante que é tão contínua quanto possível com uma espessura de camada suficiente sobre a barra de mandril.
[0006] Em alguns casos, os lubrificantes contêm aditivos que reduzem adicionalmente a formação de incrustações na superfície do metal a ser trabalhado, tais como compostos de boro, por exemplo Sais de ácido bórico, que, devido à sua solubilidade em água, podem entrar nas águas residuais do processo de laminação, o que, no entanto, leva a consideráveis problemas de descarte devido ao seu efeito teratogênico.
[0007] Lubrificantes conhecidos podem ser divididos em lubrificantes contendo grafite e lubrificantes livres de grafite. Lubrificantes sem grafite também são conhecidos como lubrificantes "brancos" porque não são coloridos pela cor forte inerente do grafite.
[0008] O grafite é um aditivo lubrificante adequado, especialmente para aplicações de alta temperatura, como a conformação de metais a quente, porque o grafite é particularmente resistente ao calor e, tanto por si como em combinação com óleos minerais e sais inorgânicos, tem propriedades lubrificantes particularmente boas. Uma desvantagem dos lubrificantes contendo grafite é que o alto teor de carbono pode levar à carburação da superfície metálica da peça. Isso pode resultar em produtos finais defeituosos com propriedades de processamento ou material ruins. O resultado é um alto desperdício de peças de trabalho. Além disso, o uso de grafite no ambiente de trabalho suscita preocupações com a saúde, o que torna particularmente complexas medidas de proteção necessárias para as pessoas que trabalham no ambiente de trabalho.
[0009] Um grupo de lubrificantes, que podem ser sem grafite ou contendo grafite, contém sais ou misturas de sal que derretem na superfície quente da peça de trabalho e, através do fundido, formam uma camada de separação lubrificante entre a peça e a ferramenta. No entanto, apenas alguns sais são adequados para isso e alguns deles têm temperaturas de fusão tão altas que os lubrificantes só são totalmente utilizáveis quando atingem a temperatura de operação. Isto é particularmente desvantajoso ao iniciar máquinas-ferramenta quando as ferramentas ou peças de trabalho estão ainda frios. Em alguns lubrificantes, o bórax é usado como um sal de baixo ponto de fusão. Além das desvantagens acima mencionadas dos compostos de boro solúveis em água, os lubrificantes contendo bórax também podem fazer com que a ferramenta e a peça de trabalho grudem, com o resultado de que a ferramenta seja danificada ou as máquinas parem. Além disso, os lubrificantes contendo bórax atacam de forma desvantajosa a superfície metálica da ferramenta ou peça de trabalho.
[00010] Outros lubrificantes conhecidos usam sal de mesa bruto, que, no entanto, pode levar à diminuição de material na peça de trabalho e à deposição de material em outro lugar e, portanto, à formação de ranhuras. Além disso, o sal de cozinha leva ao aumento da corrosão do metal nas instalações, o que resulta em altos custos de manutenção. Lubrificantes solúveis em água com base em fosfatos alcalinos e boratos alcalinos, que também são usados em uma mistura com vários óxidos de metal, como óxido de zinco ou óxido de ferro, atacam a superfície do metal a ser processado.
[00011] Outro grupo de lubrificantes de alta temperatura contém vidros de fosfato alcalino ou vidros de silicato com vários aditivos, como boro ou alumínio. Esses lubrificantes têm boas propriedades lubrificantes, mas são pouco solúveis em água, o que torna sua remoção da peça usinada consideravelmente mais difícil e exige um grande esforço técnico.
[00012] Particularmente na produção de tubos sem costura em processo contínuo, os lubrificantes de barra de mandril com alto teor de grafite ainda são predominantemente usados devido às altas demandas nas propriedades de lubrificação e resistência à temperatura. Lubrificantes de barra de mandril sem grafite ou com baixo teor de grafite ("branco") raramente são usados, apesar das desvantagens descritas acima e de outras. Lubrificantes adequados para essa finalidade são caros e exigem grandes quantidades para serem usados, o que tem um efeito desvantajoso nos custos de produção e, portanto, nos custos do produto.
[00013] O documento CN-A-104 694 240 divulga uma composição de lubrificante sem grafite que contém 10-90% em peso de argila mineral, 0-5% em peso de estearato, 0,1-5% em peso de um espessante, preferivelmente poliacrilato de sódio, 5 - 30% em peso de borato solúvel em água e/ou ácido bórico e outros aditivos, como substâncias tensoativas e polímeros.
[00014] O documento CN-A-102 732 367 divulga uma composição de lubrificante sem grafite que contém 15-20% em peso de pó de vidro, 2,5-8% em peso de um lubrificante sólido branco, 0,5-3,5% em peso de um espessante e outros aditivos como tensoativos e resinas. O lubrificante sólido branco compreende um ou mais compostos do grupo que consiste em mica, talco e nitreto de boro. Gelatina ou celulose são usadas como espessantes..
[00015] Os lubrificantes conhecidos para a conformação a quente de metais, portanto, têm uma série de desvantagens devido a e em função de sua respectiva composição, tais como riscos para a saúde e ao meio ambiente e as medidas de proteção associadas necessárias, alto consumo devido às altas quantidades necessárias, altos custos dos componentes das composições, coeficientes de atrito desfavoráveis, efeitos negativos no processo de usinagem e/ou nas propriedades do produto fabricado, como colagem ou soldagem de ferramenta e peça de trabalho, carburação ou outros danos à superfície da peça de trabalho, propriedades de umedecimento desfavoráveis e/ou espessuras de camada desfavoráveis. Tarefa de Invenção
[00016] O objetivo da presente invenção foi, portanto, fornecer um lubrificante de barra de mandril que supera as desvantagens da técnica anterior e que é particularmente adequado como um lubrificante de barra de mandril para a formação a quente de metais na produção de tubos sem costura em processos contínuos ou bancada de empurrar processos e comparados com aqueles nesses processos até agora os lubrificantes à base de grafite usados não contêm ou no máximo contém uma pequena quantidade de grafite, tem bons coeficientes de atrito e boas propriedades de umedecimento e, em comparação com lubrificantes conhecidos, requerem quantidades menores e/ou podem ser produzidos de forma mais econômica do que os lubrificantes conhecidos para a mesma aplicação Descrição da Invenção
[00017] Este objetivo é alcançado por um lubrificante para a conformação a quente de metais, em particular para lubrificar a barra de mandril e/ou o bloco oco na produção de tubos sem costura, o lubrificante contendo pelo menos os seguintes componentes, com base no teor de sólidos: - 55 a 85% em peso de um lubrificante sólido, consistindo em uma mistura de talco e uma mica de potássio, preferivelmente flogopita, muscovita ou uma mistura de ambos, particularmente preferivelmente flogopita, em que a razão de talco para mica de potássio no lubrificante sólido é de 2, 0 a 5,0, - 10 a 30% em peso de um adesivo, selecionado a partir de um acetato de polivinila, vidro líquido de sódio e dextrina ou uma mistura dos acima mencionados, preferivelmente copolímeros de etileno-acetato de vinila (EVA), - 2 a 10% em peso de um espessante, selecionado a partir de hidroxcelulose, hidroxietilcelulose, hidroxipropilcelulose, carboximetilcelulose, metilcelulose, etilcelulose, metiletilcelulose, hidroxietilmetilcelulose, hidroxipropilmetilcelulose, etil- hidroximetilcelulose, carboximetil-hidroximetilcelulose, dextrina, amido, bentonite modificada organicamente, esmectite e goma xantana, preferivelmente goma xantana, - 0 a 10% em peso de outros auxiliares, preferivelmente selecionados a partir de antiespumantes, dispersantes e biocidas e - não mais de 10% em peso de grafite, preferivelmente não mais de 5% em peso de grafite, particularmente preferivelmente sem grafite.
[00018] Uma vantagem significativa do lubrificante de acordo com a invenção é que ele tem coeficientes de atrito e propriedades de umedecimento muito bons, particularmente ao produzir tubos sem costura em processos contínuos ou processos de forja rotativa, que são comparáveis ou mesmo superiores aos dos lubrificantes contendo grafite atualmente usados nestes processos com as mesmas espessuras ou espessuras menores de camada ou quantidades usadas. O lubrificante de acordo com a invenção pode, portanto, substituir os lubrificantes contendo grafite anteriormente usados em processos contínuos ou processos de forja rotativa e, ao mesmo tempo, economizar custos, despesas com descarte e despesas com medidas de segurança de trabalho. O lubrificante de acordo com a invenção preferivelmente não contém mais do que 5% em peso de compostos contendo boro, particularmente preferivelmente nenhum composto contendo boro, como ácido bórico, bórax, sais de ácido bórico ou minerais contendo borato, que são frequentemente usados em lubrificantes para a conformação a quente de metais. O lubrificante de acordo com a invenção pode, portanto, superar as desvantagens dos lubrificantes à base de grafite e contendo boro. Aplicação:
[00019] Na produção de tubos sem costura em processos contínuos ou processos de forja rotativa , o lubrificante é pulverizado sobre a barra de mandril resfriada como uma suspensão aquosa para a preparação da etapa de laminação subsequente, em que a barra de mandril ainda tem uma temperatura de cerca de 100°C. Um aspecto essencial para um bom desempenho de lubrificação do lubrificante é o umedecimento contínuo e completo da barra do mandril e, em particular, a espessura da camada do lubrificante na barra do mandril umedecida. O lubrificante de acordo com a invenção é caracterizado por uma boa adesão à barra do mandril e umedecimento bom e uniforme da superfície da barra do mandril. Ao mesmo tempo, a espessura da camada ou a quantidade de lubrificante necessária para uma boa lubrificação nesses processos é a mesma ou até menor do que os lubrificantes contendo grafite usados atualmente nesses processos.
[00020] Quando a espessura da camada ou a quantidade de lubrificante usada é referida na presente invenção, isso se refere à quantidade de sólidos do lubrificante em uma superfície específica da ferramenta, ou seja, a barra de mandril, medida em gramas de teor de sólidos de lubrificante por metro quadrado [g/m2]. Uma espessura de camada adequada do lubrificante de acordo com a invenção é da ordem de magnitude de cerca de 30 a 150 g/m2 de superfície da barra de mandril, preferivelmente 50 a 120 g/m2, particularmente preferivelmente 70 a 100 g/m2, dependendo da composição do lubrificante.
[00021] O umedecimento da superfície da barra do mandril e a espessura da camada podem ser ajustadas pela quantidade de suspensão de lubrificante pulverizada na superfície da barra do mandril ou pela duração da pulverização, bem como pela viscosidade e adesão da suspensão. Foi demonstrado que o mesmo ou melhor efeito de lubrificação pode ser alcançado com o lubrificante de acordo com a invenção em comparação com lubrificantes contendo grafite disponíveis comercialmente para o mesmo propósito com a mesma espessura ou mesmo uma espessura menor de camada ou quantidade usada. Isso significa que custos consideráveis podem ser economizados na produção de tubos sem costura em comparação com os lubrificantes contendo grafite usados atualmente. Ao mesmo tempo, outras desvantagens dos lubrificantes contendo grafite são superadas, tais como as medidas especiais de segurança de trabalho necessárias para lubrificantes contendo grafite, a soldagem por pontos de ferramenta e peça de trabalho, bem como a carburação e a fragilização resultante do material nas superfícies internas dos tubos laminados.
[00022] Uma característica essencial do lubrificante de acordo com a invenção é a porcentagem de lubrificante sólido, que é uma mistura de talco e mica de potássio e em que a razão de talco para mica de potássio é de pelo menos 2,0 e não excede 5,0.
[00023] Em uma modalidade vantajosa da invenção, a razão de talco para mica de potássio no lubrificante sólido é de 2,5 a 4,5, preferivelmente 3,0 a 4,0, particularmente preferivelmente 3,3 a 3,8.
Talco
[00024] O talco, que de acordo com a invenção é um dos principais componentes do lubrificante sólido no lubrificante de acordo com a invenção, é a forma pulverizada do talco mineral, uma folha de silicato (filossilicato), mais precisamente silicato de magnésio hidratado. Dependendo da modificação, ele se cristaliza como talco-1A no sistema triclínico ou como talco-2M no sistema de cristal monoclínico. Mica de Potássio
[00025] A mica de potássio, que de acordo com a invenção forma o outro componente principal do lubrificante sólido no lubrificante de acordo com a invenção, mas está contido em uma quantidade menor do que o talco, é também silicatos em folha (filossilicatos), que, no entanto, apresentam íon de potássio.
[00026] O uso de filossilicatos em lubrificantes, incluindo aqueles para a conformação a quente de metais, era conhecido em princípio. No entanto, foi surpreendente que é precisamente a combinação de talco e mica de potássio na razão reivindicada na presente invenção que faz uma contribuição significativa para as propriedades melhoradas e particularmente vantajosas do lubrificante de acordo com a invenção.
[00027] As micas de potássio adequadas de acordo com a invenção incluem mica - da série muscovita-celadonita (dioctaédrica), ou seja, muscovita, K Al2 [AlSi3O10(OH)2], Aluminosseladonita, K Al(Mg, Fe2+) [Si4O10(OH)2], Ferro-aluminosseladonita, K Al(Mg, Fe2+) [Si4O10(OH)2], Seladonita, K Fe3+(Mg, Fe2+) [Si4O10(OH)2], Ferroseladonita, K Fe3+(Mg, Fe2+) [Si4O10(OH)2], - da série de anito flogopita (trioctaédrica), ou seja, anita, K Fe2+3 [AlSi3O10(OH)2], flogopita, K Mg2+3 [AlSi3O10(OH)2], - da série siderofilita-polilitionita (trioctaédrica), ou seja, siderofilita, K Fe2+2Al [Al2Si2O10(OH)2], polilitionita, K Li2 Al [Si4O10F2],
- do grupo tainiolita, tainiolita, K Li Mg2 [Si4O10F2], - e misturas da mica de potássio acima mencionadas.
[00028] A flogopita e a muscovita, em particular a flogopita, provaram ser particularmente vantajosas. Em uma outra modalidade da invenção, a mica de potássio no lubrificante sólido do lubrificante de acordo com a invenção, portanto, contém pelo menos 60% em peso de flogopita, preferivelmente pelo menos 80% em peso de flogopita, com particular preferência pelo menos 90% em peso da flogopita. Uma preferência muito particular é dada ao uso apenas de flogopita como mica de potássio.
[00029] O lubrificante de acordo com a invenção é pulverizado sobre a barra de mandril, possivelmente também o bloco oco, como uma suspensão dos sólidos em água durante a conformação a quente de metais, em particular para lubrificar a barra de mandril e/ou o bloco oco na produção de tubos sem costura. Uma suspensão aquosa com 10 a 45% em peso de sólidos, preferivelmente 15 a 35% em peso de sólidos, particularmente preferivelmente 20 a 30% em peso de sólidos, é adequada.
[00030] Além do componente principal do lubrificante sólido composto por talco e mica de potássio, o lubrificante de acordo com a invenção também contém 10 a 30% em peso de um adesivo e 2 a 10% em peso de um espessante. O copolímero de etileno-acetato de vinila (EVA) provou ser um adesivo e a goma xantana provou ser particularmente vantajosa como espessante. No entanto, outros adesivos e espessantes adequados, como aqui mencionados, também podem ser usados. Dentro das faixas de quantidade acima mencionados, respectivamente com base no teor de sólidos do lubrificante, o versado na técnica será capaz de determinar facilmente as quantidades de adesivo e espessante adequadas para a composição geral do lubrificante, a fim de garantir para o respectivo caso de aplicação uma boa processabilidade e usabilidade da suspensão de lubrificante na instalação de pulverização disponível, umedecimento, aderência e formação de espessura de camada na superfície da ferramenta.
[00031] O lubrificante de acordo com a invenção também contém 0 a 10% em peso de outros auxiliares que podem ser usados vantajosamente em lubrificantes do tipo aqui mencionado e de acordo com o caso de aplicação. Tais auxiliares incluem preferivelmente antiespumantes, dispersantes e biocidas.
[00032] Os antiespumantes se destinam a prevenir ou pelo menos reduzir a formação de espuma desvantajosa quando a suspensão de lubrificante é pulverizada sobre a ferramenta, por exemplo, a barra de mandril. Os antiespumantes adequados incluem poliglicóis, ácido silícico amorfo e/ou hidrofóbico, polissiloxanos, dimetilpolissiloxanos, polissiloxanos modificados organicamente e condensados de naftaleno.
[00033] Os dispersantes podem ser usados vantajosamente para melhorar a distribuição dos sólidos do lubrificante na suspensão aquosa e para prevenir ou retardar a sedimentação dos sólidos na suspensão. Os dispersantes adequados incluem álcoois C16-C18, sais de etoxilato, tripolifosfatos de sódio e potássio, polietilenoglicol e silicato de sódio.
[00034] Os biocidas podem ser usados vantajosamente a fim de prevenir ou pelo menos reduzir a multiplicação de microrganismos como bactérias, fungos e/ou leveduras no lubrificante, em particular quando o lubrificante é armazenado por um longo período de tempo. Os biocidas adequados incluem 1,2-benzisotiazol-3 (2H)-ona, 5-cloro-2-metil-4- isotiazolin-3-ona, 2-metil-2H-isotiazol-3-ona, 2-octil-2H-isotiazol-3-ona, etilenodioxidimetanol, tetrahidro-1,3,4,6-tetraquis (hidroximetil) imidazo [4,5-d] imidazol-2,5 (1H, 3H)-diona, 2-bromo-2-nitropropano-1,3-diol, 2,2-dibromo-2-carbamoilacetonitrila, hipoclorito de sódio e cloreto de sódio.
[00035] Uma vantagem particular do lubrificante de acordo com a invenção é que ele pode substituir lubrificantes à base de grafite atualmente usados em processos contínuos e processos de forja rotativa para a produção de tubos sem costura e pode, assim, superar as desvantagens de usar grafite. No entanto, o grafite é um excelente lubrificante e, devido à sua resistência ao calor, é particularmente adequado para a conformação a quente de metais. Os lubrificantes à base de grafite usados anteriormente para essas aplicações, portanto, contêm regularmente altas porcentagens de grafite.
[00036] Mesmo se o lubrificante de acordo com a invenção se destinar a superar as desvantagens dos lubrificantes contendo grafite e substituí-los, em formas de concretização do lubrificante de acordo com a invenção pode ser vantajoso adicionar uma certa porcentagem de grafite a fim de ajustar e melhorar ainda mais as propriedades do lubrificante. De acordo com a invenção, no entanto, a porcentagem de grafite no lubrificante não deve ser superior a 10% em peso de grafite, preferivelmente não superior a 5% em peso de grafite. No entanto, tal proporção de grafite no lubrificante de acordo com a invenção é significativamente menor do que a alta porcentagem de grafite em lubrificantes contendo grafite usados anteriormente e, portanto, não está associada às desvantagens da grafite na extensão conhecida. No entanto, o lubrificante de acordo com a invenção em particular preferivelmente não contém grafite.
[00037] A invenção compreende ainda o uso da composição de lubrificante de acordo com a invenção para lubrificar a barra do mandril e/ou o bloco oco na produção de tubos sem costura por conformação a quente de metais, preferivelmente no processo contínuo ou processo de forja rotativa. O lubrificante é convenientemente pulverizado como uma suspensão aquosa na barra do mandril, que tem uma temperatura de aproximadamente 100 ° C, antes de ser introduzido no bloco oco.
[00038] Dependendo da composição, o lubrificante de acordo com a invenção é pulverizado sobre a barra de mandril em uma espessura de camada (quantidade usada) de 30 a 150 g/m2 de superfície. A espessura da camada (quantidade utilizada) é preferivelmente de 50 a 120 g/m2 de superfície pulverizada, com particular preferência de 70 a 100 g/m2 de superfície pulverizada.
[00039] A invenção é ainda ilustrada abaixo com o auxílio de exemplos e a descrição dos materiais e métodos usados. No entanto, os exemplos não devem ser interpretados como limitando o escopo da invenção. Material e Métodos Medição de Viscosidade
[00040] As medições de viscosidade foram feitas com um reômetro rotativo R/S Plus da Brookfield (AMETEK GmbH - BU Brookfield, Lorch, Alemanha) com um cilindro coaxial (fuso de 40 mm) de acordo com DIN 53019 e de acordo com as instruções do fabricante e usando o software Rheo3000 a uma temperatura de amostra de 20°C +/- 0,4°C. Medições de Coeficiente de atrito
[00041] As medições do coeficiente de atrito foram realizadas com o tribômetro "HT-Tribometer Prüfstand 564" da Lohrentz GmbH Prüftechnik, Nidda-Harb, Alemanha. O tribômetro consiste em um disco rotativo aquecível indutivamente feito de aço Thermudur 2342 EFS com um diâmetro de 280 mm e uma mesa que pode ser movida hidraulicamente na direção do disco rotativo, na qual um corpo de teste feito de aço S355MC, que pode ser aquecido por meio de aquecimento por resistência, é montado.
[00042] Para as medições do coeficiente de atrito, o disco giratório foi aquecido a 100°C (± 10°C) e pulverizado com o lubrificante na espessura de camada desejada. A distância entre o bico de pulverização e a superfície do disco era de 10 mm. Salvo indicação expressa em contrário, o lubrificante foi aplicado em uma espessura de camada de 80 g/m2 e deixou-se agir por cerca de 5 segundos antes da medição.
[00043] Durante a medição subsequente, o disco foi girado a 10 rpm. O corpo de prova foi aquecido a 1230°C (± 20°C), pressionado contra o disco giratório por meio de mesa móvel hidraulicamente com uma força de contato (FN) de 32.000 N (± 2.000 N) e a força radial que atua sobre o disco perpendicularmente à força de contato (FR) é medida ao longo de um período de vários segundos. O coeficiente de atrito (µ) é o quociente da força radial (FR) e força de contato (FN), µ = FR/FN. Seis medições foram realizadas com cada amostra (determinação seis vezes). O valor médio dos valores do coeficiente de atrito registrados no período de 2 a 6 segundos após a peça entrar em contato com o disco giratório foi considerado como o coeficiente de atrito de uma medição. O coeficiente de atrito dado na presente invenção é novamente o valor médio das seis medições realizadas com cada amostra. Verificação da Espessura da Camada
[00044] A espessura da camada de um lubrificante aplicado ao disco do tribômetro sob as condições de pulverização (duração da pulverização) foi verificada pela aplicação de um filme de fita magnética na superfície do disco antes de pulverizar o lubrificante e, em seguida, pulverizar o lubrificante. O filme da fita magnética foi removido, pesado com o lubrificante aplicado sobre ele, e a espessura da camada determinada pela diferença em relação ao peso do filme não exposto ao lubrificante. Lubrificante comparativo
[00045] O lubrificante de barra de mandril à base de grafite PHOSPHATHERM® 120 GLW 30 (doravante referido como "PH120") da Chemische Fabrik Budenheim KG, que está disponível como uma suspensão de 30%, foi usado como um lubrificante comparativo.
Formulações e Matérias-primas de Lubrificantes.
[00046] Salvo indicação em contrário, as seguintes matérias-primas foram utilizadas nas formulações de lubrificantes. Todas as porcentagens são porcentagens em peso e correspondem às informações do fabricante.
[00047] Talco:Composição química: SiO2: 61,0% MgO: 31,0 % Al2O3: 0,1 % Fe2O3: 1,8% und CaO: 0,6%; tamanho médio de partícula (D50): 5 µm
[00048] Flogopita: composição química: SiO2: 41%, Al2O3:10%, MgO: 26%, CaO: 2%, K2O: 10%, Fe2O3: 8%; tamanho médio de partícula (D50): 44 µm
[00049] Muscovita 1: composição química: SiO2: 44%, Al2O3: 31%, K2O: 9% Fe2O3: 3%; tamanho médio de partícula (D50): 45 µm
[00050] Muscovita 2: composição química: SiO2: 51,5%, Al2O3: 27,0%, K2O: 10,0%, Fe2O3: 2,9%, MgO: 2,8 %; tamanho médio de partícula (D50): 5 µm
[00051] Grafite: grafite natural, teor de carbono: 95%, Tamanho médio de partícula (D50): 21 µm
[00052] Adesivo: Copolímero de acetato de vinila-etileno(EVA)
[00053] Espessante: Goma Xantana (E 415) Exemplos Razão ideal de talco/silicato em camadas Formulação PH 120 A B C D E F G H Água Em % 75 75 75 75 75 75 75 75 Talco Em % 12 13 15 15,45 17 19,5 Flogopita Em % 7,5 6,5 4,5 4,05 2,5 19,5 Muscovita 1 Em % 19,5 Adesivo Em % 5 5 5 5 5 5 5 5 Espessante Em % 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Razão Talco/mica --- 1,6 2 3,3 3,8 6,8 --- --- --- Coeficiente de atrito (x em µ 73 57 49 44 45 51 49 55 63 1000)
[00054] A Figura 1 mostra o coeficiente de atrito das composições examinadas. As Formulações C e D com uma razão de talco para flogopita de 3,3 e 3,8, respectivamente, mostraram os melhores resultados. As Formulações B e E com uma razão de talco para flogopita abaixo de 3,3 e acima de 3,8, respectivamente, mostraram resultados semelhantes à formulação F com flogopita isoladamente. A Formulação A mostrou resultados semelhantes à Formulação G com talco isoladamente. A Formulação H, na qual mica muscovita (muscovita 1) foi usada em vez de flogopita, mostrou resultados significativamente mais pobres do que a formulação F com flogopita isoladamente.
[00055] No entanto, os coeficientes de atrito de todas as formulações A a H estavam significativamente abaixo da formulação de comparação PH120 com o produto à base de grafite de acordo com o estado da técnica. Diferentes quantidades de lubrificante sólido de talco mais flogopita Formulação R C S U D T Água Em % 70,1 75 80,6 70,6 75 81 Talco Em % 18,8 15 10,7 18,9 15,45 10,7 Flogopita Em % 5,6 4,5 3,2 5 4,05 2,8 Adesivo Em % 5 5 5 5 5 5 Espessante Em % 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Razão Talco/mica 3,3 3,3 3,3 3,8 3,8 3,8 Coeficiente de em µ 56 44 42 56 45 42 atrito (x 1000)
[00056] A Figura 2 mostra o coeficiente de atrito das composições examinadas. Com a razão de talco para flogopita na faixa de 3,3 a 3,8, que se provou particularmente vantajosa no que diz respeito ao coeficiente de atrito alcançável, aproximadamente 13% de talco mais flogopita (formulações S e T) tiveram coeficientes de atrito comparativamente bons como com 19,5% de talco mais flogopita (receitas C e D). Ao usar 26% ou 25,24% de talco mais flogopita (formulações R e U), os coeficientes de atrito foram maiores, mas ainda significativamente abaixo da formulação de comparação PH120 com o produto do estado da técnica à base de grafite. Comparação de diferentes adições de mica e grafite Formulação PH 120 C I L M O P Q Água Em % 75 75 75 75 75 75 75 Talco Em % 15 15 15 14,2 11,1 7,3 Flogopita Em % 4,5 4,3 3,4 2,2 Muscovita 1 Em % 4,5 Muscovita 2 Em % 4,5 Grafite Em % 19,5 1 5 10 Adesivo Em % 5 5 5 5 5 5 5 Espessante Em % 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Razão --- 3,3 --- 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 Talco/mica Coeficiente de em µ 73 44 47 48 51 45 40 46 atrito (x 1000)
[00057] A Figura 3 mostra o coeficiente de atrito das composições examinadas. Nas receitas L e M, as alternativas mica muscovita 1 e muscovita 2 foram comparadas com a flogopita na formulação C e com a mesma quantidade de grafita pura em vez de talco mais mica na formulação I. Enquanto os melhores valores de atrito foram alcançados com a mesma quantidade de flogopita (receita C), a mica muscovita 1 e muscovita 2 (formulações L e M) também apresentaram bons valores de atrito, que estavam apenas ligeiramente acima do uso da mesma quantidade total de grafite pura em vez de talco mais mica (formulação I).
[00058] Nas formulações O, P e Q, em comparação com a formulação C, parte da quantidade de talco mais flogopita usada foi substituída por 1%, 5% e 10% de grafite, mantendo a razão talco/flogopita = 3,3.
[00059] No geral, os resultados mostram que com o lubrificante de acordo com a invenção o mesmo efeito ou até mesmo um efeito de lubrificação significativamente melhor pode ser alcançado com a mesma quantidade e espessura de camada em comparação com o lubrificante contendo grafite disponível comercialmente e ao usar grafite pura ou uma porcentagem de grafite em vez disso de talco mais mica. Com o lubrificante de acordo com a invenção, é, portanto, possível economizar custos consideráveis na produção de tubos sem costura em comparação com lubrificantes contendo grafite usados atualmente e superar outras desvantagens de lubrificantes contendo grafite. Comparação de diferentes espessuras de camada Formulação PH 120 PH 120 PH 120 C C C Água Em % 75 75 75 Talco Em % 15 15 15 Flogopita Em % 4,5 4,5 4,5 Grafite Em % Adesivo Em % 5 5 5 Espessante Em % 0,5 0,5 0,5 Razão Talco/mica --- --- --- 3,3 3,3 3,3 Espessura de camada em g/m2 60 80 100 30 50 80 Coeficiente de atrito (x 1000) em µ 86 73 88 69 59 44
[00060] A Figura 4 mostra os coeficientes de atrito de PH120 e composição C com diferentes espessuras de camada. A comparação de diferentes espessuras de camada da formulação C com o lubrificante comparativo PH120 mostra novamente, que mesmo com a menor quantidade usada com uma espessura de camada de apenas 30 g/m2,
a formulação C de acordo com a invenção ainda fornece melhores coeficientes de atrito, mas pelo menos coeficientes de atrito comparáveis em comparação com o lubrificante comparativo PH120 para duas a mais de três vezes a quantidade usada.
[00061] A composição "C" usada nas comparações anteriores contém 25% (% em peso) de sólidos e 75% de água. Em um teste adicional, diluições mais altas da mesma composição de sólidos com um menor teor de sólidos foram produzidas e as medições do coeficiente de atrito foram realizadas como acima (20% a 10% de teor de sólidos; doravante "C20", "C17.5", ... „C10")). Com o aumento da diluição (aumento do teor de água) e mesmo tempo de aplicação, a quantidade utilizada (espessura da camada) diminuiu no teste. Comparação de diferentes concentrações e espessuras de camada da composição sólida de acordo com "C" Formulação PH 120 C(FS) C20 C17,5 C15 C12,5 C10 Água Em % --- 80 82,5 85 87,5 90 Talco Em % 60 12 10,5 9 7,5 6 Flogopita Em % 18 3,6 3,15 2,7 2,25 1,8 Grafite Em % 0 0 0 0 0 0 Adesivo Em % 20 4 3,5 3 2,5 2 Espessante Em % 2 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 Razão Talco/mica --- 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 Espessura de em 60 --- 58 51 43 36 29 camada g/m2 Coeficiente de atrito em µ 86 --- 38 52 65 64 60 (x 1000) C (FS) = porções percentuais, com base no sólido na composição "C" sem água
[00062] Os resultados mostram que mesmo com a amostra "C10" com a maior diluição e a menor quantidade de uso de apenas cerca de metade da quantidade usada, o lubrificante de acordo com a invenção atinge coeficientes de atrito consideravelmente melhores do que o lubrificante contendo grafite disponível comercialmente.
Uma comparação dos resultados deste teste com os do teste anterior mostra que resultados de coeficiente de atrito particularmente vantajosos são obtidos para a composição sólida "C" de acordo com a invenção a uma diluição da ordem de magnitude de 20 a 25% e uma quantidade de cerca de 50 a 80 g/m2.
Claims (11)
1. Lubrificante para a conformação a quente de metais, em particular para a lubrificação da barra de mandril e/ou do bloco oco na produção de tubos sem costura, caracterizado pelo fato de que o lubrificante contém pelo menos os seguintes componentes, com base no teor de sólidos.: - 55 a 85% em peso de um lubrificante sólido consis- tindo em uma mistura de talco e uma mica de potássio, em que a razão de talco para mica de potássio no lubrificante sólido é de 2,0 a 5,0, - 10 a 30% em peso de um adesivo selecionado de um acetato de polivinila, vidro líquido de sódio e dextrina ou uma mistura dos acima referidos - 2 a 10% em peso de um espessante selecionado a partir de hidroxicelulose, hidroxietilcelulose, hidroxipropilcelulose, carboximetilcelulose, metilcelulose, etilcelulose, metiletilcelulose, hidroxietilmetilcelulose, hidroxipropilmetilcelulose, etil-hidroximetil- celulose, carboximetil-hidroxicelulose, dextrina, amido, bentonita modificada organicamente, esmectita e goma xantana - 0 a 10% em peso de outros auxiliares, preferivelmente selecionados a partir de antiespumantes, dispersantes e biocidas e - não mais de 10% em peso de grafite, preferivelmente não mais de 5% em peso de grafite, particularmente preferivelmente sem grafite.
2. Lubrificante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão de talco para mica de potássio no lubrificante sólido é de 2,5 a 4,5, preferivelmente 3,0 a 4,0, com particular preferência 3,3 a 3,8,
3. Lubrificante, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a mica de potássio é selecionada de flogopita, muscovita e uma mistura de ambos.
4. Lubrificante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a mica de potássio contém pelo menos 60% em peso de flogopita, preferivelmente pelo menos 80% em peso de flogopita, com particular preferência pelo menos 90% em peso de flogopita, muito particularmente preferivelmente 100% em peso de flogopita.
5. Lubrificante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o lubrificante é uma suspensão aquosa com 10 a 45% em peso de sólidos, preferivelmente 15 a 35% em peso de sólidos, com especial preferência 20 a 30% em peso de sólidos.
6. Lubrificante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o adesivo compreende ou é copolímero de etileno-acetato de vinila (EVA).
7. Lubrificante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o espessante compreende ou é goma xantana.
8. Lubrificante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o lubrificante contém outros auxiliares como o restante, preferivelmente selecionados de antiespumantes, dispersantes e biocidas.
9. Lubrificante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o lubrificante contém 0 a 5% em peso de compostos contendo boro, preferivelmente 0 a 2,5% em peso de compostos contendo boro, com particular preferência 0 a 1% em peso de compostos contendo boro, muito particularmente preferivelmente não contém quaisquer compostos contendo boro.
10. Uso de uma composição lubrificante, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que ele se destina à lubrificação da barra de mandril e/ou do bloco oco na produção de tubos sem costura por conformação a quente de metais, preferivelmente no processo contínuo ou em processo de forja rotativa.
11. Uso, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o lubrificante é pulverizado como uma suspensão aquosa sobre a barra de mandril e/ou o bloco oco em uma quantidade de 30 a 150 g/m2 de superfície, preferivelmente em uma quantidade de 50 a 120 g/m2 de superfície pulverizada, particularmente preferivel- mente em uma quantidade de 70 a 100 g/m2 de superfície pulverizada, muito particularmente preferivelmente em uma quantidade de cerca de 80 g/m2 de superfície pulverizada.
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