JP4140960B2 - 鋼材または鋼帯の熱間圧延用潤滑剤組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、鋼材或いは鋼帯を高圧下圧延する際使用する熱間潤滑剤組成物に関する。さらに詳しくは、鋼材又は鋼帯が圧延ロール噛込時には摩擦係数が高く、圧延中は摩擦係数が低い特性を有する潤滑剤を提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材、鋼帯などを熱間圧延、熱間鍛造、熱間プレス加工など塑性加工する際、圧延ロール、金型など工具を保護する為に熱間潤滑剤が使用されており、その効果を収めている。従来より熱間圧延に適用されている耐焼付性が優れる熱間圧延潤滑剤の摩擦係数は殆どが0.15以下である為、高圧下熱間圧延特に熱間大歪圧延加工に使用するには、圧延ロール噛込み時、スリップして噛込まず、適用出来ないという大きな問題がある。さらに耐焼付性が従来の熱間圧延より数倍必要であり、従来の熱間圧延潤滑剤では摩擦係数が低すぎ、また耐焼付性が不足し適用出来ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高圧下熱間圧延、特に熱間大歪圧延加工を可能にさせる為には、先ず噛み込むことが必要であり、圧延ロール噛み込み時には水と同等以上の高摩擦係数を示し、噛み込み後の圧延中は圧延負荷軽減の為に低摩擦係数を示す潤滑剤が必要不可欠である。本発明が解決しようとする課題は、噛み込み時には高摩擦係数、圧延中には低摩擦係数を示し、且つ耐焼付き性に優れる潤滑剤を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決する為鋭意研究を行った結果、融点を有する化合物を含む１種又は２種以上の固体潤滑剤５〜７0重量％を、界面活性剤０．２〜５．０重量％を用いて水に分散させた組成物が、所期の潤滑剤として使用出来ることを見出し、その優れた効果を確認した。即ち熱間圧延でのロール温度は入側〜出側で１００〜７００℃程度になる為、入側手前のロールにこの潤滑剤を塗布し付着させた時は固体状皮膜で高摩擦係数を示し、潤滑皮膜の融点を１３０〜７００℃にすることで温度上昇するロールバイト内では流体状になり、摩擦係数を低下させることが出来、所期の目的に合致する潤滑剤を開発した。
【０００５】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明に使用する固体潤滑剤は、融点１３０〜７００℃の化合物が使用され、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、四フッ化エチレン、セルロース、水酸化リチウム、酸化ホウ素、ホウ酸、塩化鉄、塩化リチウム、臭化リチウム、水酸化バリウム、炭酸リチウム、モリブデン酸ナトリウム、タングステン酸ソーダ、トリポリリン酸カリウム、トリポリリン酸ソーダ等が挙げられる。これらは１種単独又は２種以上併用することが出来る。又より融点の高い水ガラス（ケイ酸ソーダ）、タルク、酸化カルシウム、炭酸カルシウム等を上記固体潤滑剤の耐焼付き性向上のために併用することが出来る。
【０００６】
本発明に於いて使用される界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤及び両性界面活性剤のいずれかを使用することが出来る。
ノニオン系界面活性剤の例としては、ＨＬＢ１２以上のノニルフェノールＥＯ（エチレンオキサイド）付加物、ラウリン酸ＥＯ付加物、オレイン酸ＥＯ付加物等が挙げられ、アニオン系界面活性剤の例としては、ジエチルヘキシルスルホコハク酸ソーダ、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ等のスルホン酸塩やラウリン酸ナトリウム等のカルボン酸塩が挙げられる。
またカチオン系界面活性剤としては、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等の第４級アンモニウム塩が挙げられ、両性界面活性剤としてはラウリルアミノプロピオン酸ナトリウム、ラウリルジヒドロキシエチルベタイン等が挙げられる。
【０００７】
本発明に於いては固体潤滑剤の種類と添加量により最適な界面活性剤の種類と量を適宜選択出来るが、通常固体潤滑剤５〜７０重量％に対して界面活性剤を０．２〜５．０重量％使用することが好ましい。特にジエチルヘキシルスルホコハク酸ソーダの様なアニオン系界面活性剤は固体潤滑剤の分散性が良好であるだけでなく、水の摩擦係数とほぼ同等で固体潤滑剤の摩擦係数に与える影響が少ない為、本発明に於いてはより効果的である。
潤滑剤の適用方法としては従来の熱間圧延油塗布と同様に、潤滑剤を高圧スプレー塗布によりロールに付着させ、ロールと被圧延材の潤滑部に供給する方法が例示出来る。又ローラー、ハケ等により直接ロール又は被圧延材への供給塗付も適宜併用出来る。
【０００８】
本発明の潤滑剤組成物は通常固体潤滑剤５〜７０重量％好ましくは１０〜５０重量％、界面活性剤０．２〜５．０重量％好ましくは１．０〜３．０重量％、及び水２５〜９０重量部好ましくは４０〜８０重量％を主成分として成るものである。
この際固体潤滑剤が５重量％未満の場合は摩擦係数及び耐焼付き性への効果小さい傾向があり、また逆に７０重量％より多くなると経済的に不利であり、且つ、安定塗布が難しくなる。
また界面活性剤が０．２重量％に達しないと固体潤滑剤及び無機化合物の水分散性が悪くなり安定な液状コロイドが出来なくなり、逆に５．０重量％よりも多くなると経済的に不利で且つ、摩擦係数への影響が出る。
【０００９】
本発明潤滑剤組成物には、更に必要に応じ各種の他の公知の添加剤を配合することが出来る。その代表的なものを例示すると以下の通りである。
【００１０】
本発明組成物を調製する手段も特に限定はなく、所定の成分を配合し、充分に混合し分散せしめれば良い。
【００１１】
本発明組成物に於いては、使用時に上記の成分が所定の範囲で含有されておれば良く、使用時に水で希釈して使用することも出来る。即ち濃縮物を予め調製しておき、これを使用時に水で希釈して使用することも出来る。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の潤滑剤を供給塗付することにより、従来は噛み込みの問題と圧延負荷過剰の為、出来なかった高圧下熱間圧延が可能になった。加えて、耐焼付き性及びロール保護性も良好であり、特に熱間大歪圧延加工にも適用出来るという大きな効果がある。
【００１３】
【実施例】
本発明を理解し易くする為、以下に実施例並びに比較例を示して更に詳しく説明する。
【００１４】
【実施例１〜１２】
表１に示す所定の成分を所定量配合して、本発明の熱間潤滑剤組成物を製造した。
【００１５】
【比較例１〜４】
表１に示す所定の成分を所定量配合して、比較例のための熱間潤滑剤組成物を製造した。
上記実施例１〜１２及び比較例１〜４の夫々の組成物について熱間チムケン試験により摩擦係数及び耐焼付き性を測定した。その詳細は下記の通りである。
【００１６】
＜摩擦係数測定試験＞
加熱試験片：鋼種ＳＳ−４００ （３０mmφ×５０mm円柱）
加熱試験片温度：１００〜１０００℃
ロール：ハイスロール
ロール回転数：１５０ｒｐｍ
荷重：２０ｋｇ一定
潤滑剤塗布方法：水分散液スプレー塗付（１Ｌ／ｍｉｎ）
摩擦係数の算出：トルク／荷重・ロール半径
【００１７】
＜試験方法＞
図１に示す装置にて（１）の試験片を（２）の高周波加熱コイルにより所定の温度に加熱し、その温度は（６）の熱電対により測定、記録し、（３）のロールと加熱された（１）の試験片が接触し、荷重２０ｋｇをかけた状態で（４）のスプレーより水分散液を塗布し、（５）のエアー水切りを行い、トルクを測定することにより摩擦係数を測定する。加熱温度は１００℃ずつ上昇させ、１０００℃まで行う。
【００１８】
＜耐焼付き性測定試験＞
加熱試験片：ＳＵＳ−３０４
加熱試験片温度：６００℃、８００℃および１０００℃
ロール：ハイスロール
ロール回転数：１５０ｒｐｍ
荷重：２ｍｉｎ毎に５ｋｇずつ上げて焼付くまで荷重を上げる。（Ｍａｘ．５０ｋｇ）
潤滑剤塗布方法：水分散液スプレー塗付（１Ｌ／ｍｉｎ）
＜試験方法＞
図１に示す装置にて（１）の試験片を（２）の高周波加熱コイルにより所定の温度に加熱し、その温度は（６）の熱電対により測定、記録し、（３）のロールと加熱された（１）の試験片が接触し、荷重をかけた状態で（４）のスプレーより水分散液を塗布し、（５）のエアー水切りを行い、焼付きを示すまでの最大荷重を測定する。
【００１９】
【表１】

【００２０】
但し、表１に於いて使用した各成分は以下のものである。
ステアリン酸カルシウム：大日本インキ化学工業
塩化鉄：和光純薬工業
四フッ化エチレン：株式会社喜多村
水酸化バリウム：和光純薬工業
酸化ホウ素：和光純薬工業
臭化リチウム：和光純薬工業
トリポリリン酸カリウム：米山薬品工業
モリブデン酸ソーダ：和光純薬工業
ノニオン系界面活性剤：ポリオキシエチレンオレイルエーテル（ＨＬＢ＝１４）
アニオン系界面活性剤：ジエチルヘキシルスルホコハク酸ソーダ
【００２１】
【表２】

【００２２】
但し、表2に於いて使用した各成分は以下のものである（表１で使用したものは省く）。
炭酸カリウム：和光純薬工業
水ガラス：富士化学
普通鋼用市販熱間圧延油：大同化学製ダイロールＳＨ−１３０
（エステル主成分、ＳＶ＝１１５，ＡＶ＝８）
ＳＵＳ用市販熱間圧延油：大同化学製ダイロールＳＨ−３Ｓ
（硫化エステル・硫化オレフィン主成分）
【００２３】
上記表１及び表２から次のことが明らかに判る。
（１）比較例１の水のみの場合と比較して、比較２（水ガラス）は低温（１００℃）から高温（１０００℃）まで摩擦係数が高く、噛み込み性は良好で耐焼付性も比較的良好であるが高温になる圧延中の摩擦係数が高く圧延負荷軽減効果は期待出来ない。
又比較例３（普通鋼用熱間圧延油）及び比較例４（ＳＵＳ用熱間圧延油）は高温状態の圧延中の摩擦係数も低く圧延負荷が軽減出来るが、低温での摩擦係数が低い為、噛み込み性が悪い。
【００２４】
（２）実施例１〜１２は１００〜３００℃までの低温において摩擦係数が充分高く、噛み込み性が良好であり、且つ、５００〜１０００℃の高温において摩擦係数が低下する為、圧延負荷軽減に効果がある。また耐焼付き性もＳＵＳ用熱間圧延油より若干劣るが、普通鋼用熱間圧延油より優れており十分効果があると考える。
【００２５】
（３）実施例の中で、実施例１（ステアリン酸カルシウム）は低温でも水より摩擦係数がやや低く、３００℃以上で摩擦係数低下を示す。実施例７（トリポリリン酸カリウム）も低温で若干水より摩擦係数が低く、４００℃以上で摩擦係数低下を示す。実施例１、実施例５及び実施例７に炭酸カリウム或いは水ガラスを添加した実施例９〜実施例１２は、夫々単品よりも全体に摩擦係数が少し上昇するが、高温にて摩擦係数低下を示す特性を有している。しかし何れも低温では普通鋼用熱間圧延油やＳＵＳ用熱間圧延油と比較して摩擦係数が充分高く、噛み込み性が良好であると考えられ、高温では水に比較して摩擦係数が充分低く、圧延負荷軽減に効果があり、夫々の特性を利用して種々の高圧下熱間圧延に潤滑剤として適用出来ると考える。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は熱間チムケン試験機の概略説明図である。
【００２７】
【符号の説明】
１．加熱試験片（３０φ×長さ５０ｍｍ円柱）
２．高周波加熱コイル
３．ロール（５０φ×巾８mmのリング）
４．スプレー塗布
５．エアー水切り
６．熱電対

Claims (5)

1. その融点が１３０〜７００℃の固体潤滑剤５〜７０重量％、界面活性剤０．２〜５．０重量％及び水２５〜９０重量％から成ることを特徴とする鋼材又は鋼帯の熱間圧延用潤滑剤組成物。
2. 固体潤滑剤が、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、セルロース、四弗化エチレン、水酸化リチウム、酸化ホウ素、ホウ酸、臭化リチウム、塩化リチウム、モリブデン酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム、トリポリリン酸カリウム、及びトリポリリン酸ナトリウム、から選ばれる１種又は２種以上である請求項１に記載の組成物
3. 請求項２の固体潤滑剤と共に、水ガラス、タルク、酸化カルシウム及び炭酸カルシウムの少なくとも１種を併用する組成物
4. 界面活性剤がノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤及び両性界面活性剤の少なくとも１種である請求項１又は２項記載の組成物
5. 界面活性剤がアニオン系界面活性剤である請求項１又は２項に記載の組成物

Images