CN1395612A - 水溶性铜、铜合金和有色金属中间冷轧和热轧的组合物 - Google Patents

水溶性铜、铜合金和有色金属中间冷轧和热轧的组合物 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水溶性铜、铜合金和有色金属的中间冷轧和热轧的组合物，该组合物包括一种基础油和，基于该组合物总重的：1－80％重量的脂肪酸和多元醇的单酯与脂肪酸和季戊四醇的四酯的混合物，该混合物中单酯与四酯的重量比为1∶20至10∶1；和0.02－2％重量的吡咯衍生物。本发明还涉及一种水包油型的乳液，中间冷轧方法，热轧方法，以及在中间冷轧和热轧方法中该水包油型乳液的用途。

Description

水溶性铜、铜合金和有色金属中间冷轧和热轧的组合物
本发明涉及水溶性铜、铜合金和有色金属的中间冷轧和热轧的组合物，还涉及中间冷轧或热轧铜、铜合金和有色金属的方法。
铜、铜合金和有色金属的轧制工业对轧制金属的制造方法提出了生产效率最大化的需求。一般来说，这意味着需要更高的轧制速度和需要在每次换班(operating shift)时生产出更多的可出售的产品。另外，还需要为达到给定的压下量尽量减少通过轧机的道次。这两种途径都要求不得有损于产品的质量和表面光洁度。
本发明因此提供一种用于轧机的油组合物，它可以制备成乳液并能满足如下的客户要求：
—较高的压缩比：在多数情况下都能实现一道压缩；
—非常优异的表面光洁度；
—易于操作；
—较长的装载寿命(charge life)；
—低油耗；
—较长的乳液寿命；
—更长的轧辊寿命；以及
—对于溶解的铜盐具有更低的敏感度。
本发明对于任何形式的轧制都有效，不论可逆与否，在开坯、中间轧制还是在精轧制过程中都适用。
特别地，本发明表现出了较大的压下量和轧制能力，同时在高速轧制过程中可以提供优异的带材表面光洁度。
现有技术并没有教导本发明甚至未对本发明提出任何建议。
因此，本发明提供了一种水溶性铜、铜合金和有色金属的轧制油组合物，该油组合物包含一种基础原料油和，基于该组合物总重的：
—1-80％重量的，优选1-30％重量的下述混合物
·一种脂肪酸与多元醇的单酯，和
·一种脂肪酸与季戊四醇的四酯；
所述组合物的单酯∶四酯的重量比为1∶20至10∶1，优选1∶10至5∶1；和
—0.02-2％的，优选0.05-1％重量的吡咯衍生物。
此处术语“中间冷轧”是指铜锭和铜合金锭的温度为环境温度。
此处术语“热轧”是指铜锭和铜合金锭的温度在750℃左右。
根据一种实施方案，该油组合物还包括基于该组合物总重的0.1-20％的乙氧基化的醇(带有5至15个碳原子，优选12至15个碳原子)的混合物。作为该混合物组成的实例，可以使用ICI公司出售的商品名为SynperonicA7和HypermerA60的乙氧基化醇混合物，SynperonicA7和HypermerA60的重量比优选1∶10至10∶1。
本发明还提供了制备该油组合物的方法。
本发明还提供了含有该油组合物的乳液和制备该乳液的方法。
另外，本发明提供了本发明的油组合物在制备用于铜、铜合金和有色金属热轧或中间冷轧过程的乳液的用途。
本发明还提供了使用有效量的本发明乳液用于热轧铜、铜合金和有色金属板材的方法。
最后，本发明提供了该乳液在热轧或中间轧制过程中的用途。
本发明将在如下的说明书中将得以详尽的公开。
图1显示的是，在分别使用现有技术的乳液和本发明的乳液的条件下，铜的重量损失(ppm)对应于测试持续时间(小时)的相关曲线。
图2显示的是，在分别使用现有技术的乳液和本发明的乳液的条件下，施加的轧制力(吨/米)和道次之间的关系图。
本发明的油组合物是净化的油浓缩物，通常要在水中稀释制成水包油型乳液。
基础油可以是任意一种在中间冷轧或热轧过程中典型使用的油料。可以是链烷烃或是环烷烃。
石蜡族基础油是由原油制备而来，含有相对高的烷烃含量(高含量石蜡烃和异石蜡烃)。典型的原油产自中东、北海、美国中部。其生产方法需要进行芳烃的去除(通常采用溶剂萃取)和脱蜡。石蜡族基础油具有良好的粘度/温度特性，即高粘度指数、合适的低温性能以及良好的稳定性。它们通常用作为溶剂中性油，此处的溶剂是指基础油经过溶剂精制，而中性是指该油的pH值呈现中性。另一种规定是高粘度指数(HVI)基础油，它们的粘度指数可以遍及所有的范围，从轻质锭子油到重质高粘度润滑油料。
环烷烃基础油本身具有较低的倾点，不含蜡，具有优异的溶解能力。经过溶剂萃取和加氢处理可以减少多环芳烃的含量。
优选的基础油是经过加氢处理的石蜡族中性油。
基础油的粘度在40℃下一般为10至150厘沲(cSt)，优选40℃下粘度为20-50厘沲。
在单酯和四酯的混合物中，单酯的脂肪酸具有16至20个碳原子，优选油酸。单酯中的多元醇优选甘油。
四酯中的脂肪酸具有16至20个碳原子，优选油酸。
吡咯衍生物一般选自芳基***、芳基咪唑和芳基噻唑。
芳基***的实例包括苯并***、甲苯***和甲苯甲酰***。
芳基咪唑的实例包括苯并咪唑和2-(5-氨基戊基)苯并咪唑。
至于芳基噻唑，可以使用苯并噻唑。
优选的吡咯是甲苯***。
该油组合物还可以含有经典的添加剂，如表面活性剂、偶联剂或助表面活性剂、减摩剂或润滑剂、缓蚀剂或抗氧剂，极压剂和抗摩蚀添加剂，杀细菌剂和杀真菌剂、消泡剂、防锈剂。
不过，本发明的一项重要特性就是该油组合物、以及乳液，并不含有被认为会增加环境问题的壬基酚表面活性剂。
消泡剂的实例可以基于硅氧烷，特别是聚二甲基硅氧烷。
缓蚀剂的实例可以是受阻酚和二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)。
极压剂和抗摩蚀添加剂的实例可以分别是磷酸二月桂基酯，亚磷酸双十二烷基酯，磷酸三烷基酯如磷酸三(2-乙基己基)酯、磷酸三甲苯酯(TCP)、二烷基(或二芳基)二硫代磷酸锌(ZDDP)，磷一硫化脂肪油，二烷基二硫代氨基甲酸锌，硫醇基苯并噻唑，硫化脂肪油，硫化萜烯，硫化油酸，烷基和芳基多硫化物，硫化鲸蜡油，硫化矿物油，氯化硫处理过的脂肪油，黄原酸氯化石脑油酯(chlornaphta xanthane)，十六烷基氯化物，氯化石蜡油，氯化石蜡硫化物，氯化石蜡，和二烷基(或二芳基)二硫代磷酸锌(ZDDP)，磷酸三甲苯酯(TCP)，磷酸三(二甲苯酯)(TXP)，磷酸二月桂基酯。
缓蚀剂或抗氧剂的实例可以是自由基捕获剂如酚类抗氧剂(空间位阻的)，胺类抗氧剂，有机铜盐，氢过氧化物分解剂，丁基化羟基甲苯。
防锈剂的实例可以是链烯基琥珀酸酐的胺衍生物。
基础油和添加剂的更多组成元素可以参阅R.M.Mortier和S.T.Orszulic著作的“Chemistry And Technology of Lubricants”一书，由VCH Publishers出版，1992年第一次出版。
以下是本发明中水溶性油组合物含量的一个实例(所有的百分含量都是基于组合物总重的重量百分比)：
—0.1-10％的三烷基(C1-4)酚；
—0.5-4.0％的三烷基(C3-10)磷酸酯；
—1-4％的石油磺酸盐；
—0.1-0.5％的氨烷基(C2-3)链烷二醇(C2-3)；
—1-4％的三链烷醇(C2-4)胺；
—2-10％的单脂肪酸(C16-20)甘油酯；
—5-15％的四脂肪酸(C16-20)季戊四醇酯；
—0.5-1.0％的5-羰基4-己基2-环己烯1-辛酸；
—3-6％的乙氧基化醇类(C5-15，含有2-10个CH2O基团)
—0.05-0.3％的***衍生物；
—0.05-0.4％的硅氧烷基聚合物；
—余量可以是一种环烷基润滑油基础油或是几种环烷基润滑油基础油的混合物。
本发明的水溶性油组合物是由基础油和其它组分，在搅拌或在任何搅拌设备下，同时优选温度控制不超过50℃、更优选35℃下混合而成的。
水包油型乳液是将本发明的油组合物于水中在搅拌下稀释而制备的。
本发明的一个有趣的特点是，能够使用硬水，其具有高达每升200mg的碳酸钙。
优选去离子水，并且使用前要加热至35℃左右。
该乳液一般含有水和基于乳液总体积的0.5-30％的，优选1-20％体积的油组合物。
本发明应用的铜合金可以是任何一种铜合金，包括黄铜合金和青铜合金。
本发明采用的有色金属实例可以是镍及镍合金，锌和锌合金。
热轧方法可以是经典的方法。通常在锭料温度在750℃下进行。
中间冷轧方法可以是经典的方法。通常在环境温度下进行。
轧制方法优选在开坯轧机和精轧机上进行。本发明的水包油型组合物可以显著减少道次。用现有技术的常规乳液，道次典型为3至10道。而采用本发明的乳液，可以减少一个道次，这是一个显著的改进。
在开坯轧机上进行轧制过程时，使用的乳液优选含有基于乳液总体积的2-3％体积的油组合物。
在精轧机上进行轧制过程时，使用的乳液优选含有基于乳液总体积的4-7％体积的油组合物。
下述的实施例说明了本发明，但并不限制本发明。如若不加以声明，所有份数和比例都是基于重量的。
实施例
组合物可由表1中的组分按照该表中显示的次序混合制备而成。温度维持最高不得超过50℃，并保证各种组分完全溶解和均化，而不损及乳液的各种性质。
                                        表1
组分   含量(重量％)
氢化处理的环烷基础油(40℃下粘度为20 cSt)     33.50
氢化处理的环烷基础油(40℃下粘度为110 cSt)     39.50
聚二甲基硅氧烷分散的二氧化硅化合物(消泡剂)     0.10
二tertiobutyl对甲酚(抗氧剂)     0.20
磷酸三辛酯(极压剂)     3.00
石油磺酸盐(表面活性剂)     2.80
氨基乙基丙二醇(缓冲剂)     0.30
三乙醇胺(辅助表面活性剂)     2.00
甘油单油酸酯(润滑剂)     5.00
季戊四醇四油酸酯(润滑剂)     8.40
5-羰基4-己基2-环己烯1-辛酸(缓蚀剂)     0.70
乙氧基化醇类*(表面活性剂)     4.50
甲苯***(缓蚀剂/铜钝化剂)     0.20
*：C12-15醇的混合物：
 —由ICI公司出售的商品名为SynperonicA7的产品：O.6％
 —由ICI公司出售的商品名为HypermerA60的环氧乙烷加成聚合物产品：3.9％
表1中组合物的特性列于表2之中。
    表2
稀释前的乳油 单位   测试方法 典型特征值
色度(ASTM)   ISO 2049     L2.0
15℃时的密度 G/ml   ASTM D 1298     0.9225
倾点 ℃   ISO 3016     -24
40℃时的粘度 CSt   ASTM D 445     48.6
中和值 K0H mg/g   ASTM D 974     1.9
皂化值 KOH mg/g   ASTM D 94     28.1
总碱值 KOH mg/g   ISO 3771     9.3
乳液是将表1中的油组合物用预先加热至35℃的去离子水进行搅拌稀释而制备。所得到的乳液的特性如表3所示。
    表3
乳液   测试方法 典型特征值
6％浓度(体积比)乳液的稳定性(室温下，持续20小时) Mobil1) 1.0％乳油
20℃下，新的制备的6％浓度(体积比)乳液的pH值 ASTM E 70-90 8.6
1)：乳液的稳定性由如下步骤测定。在室温下或在测试温度下，将470ml的蒸馏水称量于一个800ml的烧杯中。将一个50ml的带有四个桨叶的搅拌器连接在搅拌马达上，使桨叶距烧杯底部25mm。将一个50ml的滴液漏斗置于烧杯中，使漏斗口离烧杯壁15mm。启动搅拌器进行搅拌，调节搅拌速度为1000rpm。然后将该试验样品加热至35±1℃。将滴液漏斗中的30ml的测试油开始滴加入烧杯，滴加速度控制在120±20秒内将全部30ml油都滴入水中。滴液完成之后继续搅拌60秒，并同时保持试样的温度为35±1℃。再将得到的乳液倒入一个500ml的量筒内，并将之存放在室温下持续20个小时。20小时之后，从刻度中读出上层(黄色乳油+油)的体积百分比。
试验测试
先准备一个空白试样，由现有技术的油组合物稀释制备而成，该现有技术油组合物的成分如表4所示：
    表4
组分   含量(重量％)
环烷基础油(40℃下粘度为100 cSt)     39.00
环烷基础油(40℃下粘度为22 cSt)     36.0
自来水     0.5
石油磺酸盐     3.0
氨基乙基丙二醇(C3-C6)     0.3
磷酸三辛酯     3.0
三链烷醇胺(C2-C4)     1.0
 5-羰基4-己基2-环己烯1-辛酸     0.7
乙氧基化壬基酚(5个氧化乙烷基团)     0.7
乙氧基化壬基酚(10个氧化乙烷基团)     2.4
链烷醇油酸酯(带有2至12碳原子)     13.4
制备两个乳液试样，分别用去离子水稀释本发明的油组合物及现有技术的油组合物。
这两个乳液都用铜进行试验，来鉴定各自对表面光洁度的改善作用。采用铜带进行如下方法的试验。
被测试用的铜带都用碳化硅砂纸打摩去除了表面的缺陷。而且铜带的每一面都用由异辛烷浸润的一块棉垫拣选的碳化硅细颗粒进行抛光处理。铜带的处理必须使用不锈钢镊子。在抛光之后，每片铜带都需要用异辛烷冲洗去除掉碳化硅颗粒，并浸入纯净的异辛烷溶液中。之后，将铜片从洗涤溶剂中取出，在空气中风干，并称量重量精确至0.1mg。制备好500ml的试验用金属处理油乳液，并称量出两份200±1g的乳液，将每份乳液试样倒入250ml的烧瓶中。
然后，将干燥的铜片浸入含有乳液试样的烧瓶中，并盖紧瓶口。再将其置入50℃的烘箱中搁置指定的一段时间。
烘烤完毕后，将烧杯从烘箱中取出。并将铜带从测试液中取出，用丙酮冲洗去除水，再用异辛烷冲洗去除油。之后再将铜带在空气中干燥，并称量重量精确至0.1mg。
可以进一步进行循环的测试，将铜片再浸入原先的测试试样，塞住烧瓶口，将之置于烘箱中跟之前一样保持在同一温度下并持续同样的时间。
每片铜带的金属质量损失可以按下式计算：
损失(mg)＝M1-M2
或是
损失(ppm)＝(M1-M2)/M1*10-6
此处：
    M1＝铜片试验测试前的称重，mg
    M2＝铜片试验测试后的称重，mg
图1显示的是铜的重量损失ppm(或铜的溶解量)对应于试验浸泡测试持续时间(小时)的关系曲线。
可以看出，使用了本发明的乳液后铜的损失要比使用现有技术的乳液要小很多，这意味着在表面处理过程中，本发明的乳液对铜片的化学腐蚀更小，因此导致表面光洁度更好。
本发明的乳液和现有技术的乳液也都对黄铜的轧制进行了测试，以测定轧制力的改进效果。
图2显示的是施加的轧制压力(公吨/米)对应于道次的关系图。
可以看出，随着道次的增多，采用本发明的乳液与现有技术的乳液相比，之间的差距更为明显，而且采用本发明的乳液后，比使用现有技术的乳液时轧制压力总是更小一些。
轧制压力越小表明乳液的性能越好，那么由此可以推断本发明的乳液不但比现有技术的乳液性能要高；而且随着道次的增加，与现有技术乳液相比，本发明的乳液表现出的性能优势更为明显。

Claims (26)

1.水溶性铜、铜合金和有色金属的中间冷轧和热轧油组合物，包含基础油料和基于组合物总重的：
—1-80％重量的下列混合物：
·脂肪酸与多元醇的单酯，和
·脂肪酸与季戊四醇的四酯；
所述组合物的单酯∶四酯的重量比为1∶20至10∶1，和
—0.02-2％重量的吡咯衍生物。
2.根据权利要求1的水溶性油组合物，还包括基于该组合物总重的0.1-20％的带有5-15个碳原子、优选12-15个碳原子的乙氧基化的醇的混合物。
3.根据权利要求1或2的水溶性油组合物，包含基于该组合物总重的3-30％重量的所述的混合物。
4.根据权利要求1至3中任一项的水溶性油组合物，包含基于该组合物总重的0.05-1％重量的所述吡咯衍生物。
5.根据权利要求1至4中任一项的水溶性油组合物，其中所述的单酯与四酯的重量比为1∶10至5∶1。
6.根据权利要求1至5中任一项的水溶性油组合物，其中单酯的脂肪酸带有16-20个碳原子，且优选油酸。
7.根据权利要求1至6中任一项的水溶性油组合物，其中单酯的多元醇为甘油。
8.根据权利要求1至7中任一项的水溶性油组合物，其中四酯的脂肪酸带有16-20个碳原子，且优选油酸。
9.根据权利要求1至8中任一项的水溶性油组合物，其中吡咯衍生物选自芳基***、芳基咪唑和芳基噻唑。
10.根据权利要求9的水溶性油组合物，其中芳基***选自苯并***、甲苯***和甲苯甲酰***。
11.根据权利要求9的水溶性油组合物，其中芳基咪唑选自苯并咪唑、2-(5-氨基戊基)苯并咪唑。
12.根据权利要求9的水溶性油组合物，其中芳基噻唑是苯并噻唑。
13.根据权利要求10的水溶性油组合物，其中芳基***是是甲苯***。
14.根据权利要求1至13中任一项的水溶性油组合物，包括(基于该组合物总重的重量百分比)：
—0.1-10％的三烷基(C1-4)酚；
—0.5-4.0％的三烷基(C3-10)磷酸酯；
—1-4％的石油磺酸盐；
—0.1-0.5％的氨烷基(C2-3)链烷二醇(C2-3)；
—1-4％的三链烷醇(C2-4)胺；
—2-10％的单脂肪酸(C16-20)甘油酯；
—5-15％的四脂肪酸(C16-20)季戊四醇酯；
—0.5-1.0％的5-羰基4-己基2-环己烯1-辛酸；
—3-6％的乙氧基化醇(C5-15，含有2-10个CH2O基团)
—0.05-0.3％的***衍生物；
—0.05-0.4％的硅氧烷基聚合物；
—余量是一种环烷基润滑油基础油或是几种环烷基润滑油基础油的混合物。
15.根据权利要求1至14中任一项的水溶性油组合物，其中基础油在40℃下的粘度在10-150 cSt范围内，优选20-50 cSt。
16.水包油型乳液，含有水和0.5-30％体积比，优选1-15％体积比的根据权利要求1至15中任一项的水溶性油组合物。
17.根据权利要求1至15中任一项的水溶性油组合物的制备方法，包括在搅拌下或在任何搅拌设备下，将基础油和其他组分混合。
18.根据权利要求16的水包油型乳液的制备方法，包括在搅拌下将油组合物稀释于水中。
19.用于铜、铜合金和有色金属板的中间冷轧方法，包括使用有效量的根据权利要求16的水包油型乳液。
20.根据权利要求19的中间冷轧方法，其中轧制方法在开坯轧机上进行，并且水包油型乳液含有基于该乳液总体积的2-3％体积的根据权利要求1至15中任一项的水溶性油组合物。
21.根据权利要求19的中间冷轧方法，其中轧制方法在精轧机上进行，并且水包油型乳液含有基于该乳液总体积的4-7％体积的根据权利要求1至15中任一项的水溶性油组合物。
22.用于铜、铜合金和有色金属板的热轧方法，包括使用有效量的根据权利要求16的水包油型乳液。
23.根据权利要求22的热轧方法，其中轧制方法在开坯轧机上进行，并且水包油型乳液含有基于该乳液总体积的2-3％体积的根据权利要求1至15中任一项的水溶性油组合物。
24.根据权利要求22的热轧方法，其中轧制方法在精轧机上进行，并且水包油型乳液含有基于该乳液总体积的4-7％体积的根据权利要求1至15中任一项的水溶性油组合物。
25.根据权利要求1至15中任一项的水溶性油组合物的用途，用来制备用于铜、铜合金和有色金属的热轧或中间冷轧方法的乳液。
26.根据权利要求16的水包油型乳液在中间冷轧和热轧方法中的用途。
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