JP4140971B2

JP4140971B2 - 鋼材の熱間圧延用潤滑剤組成物

Info

Publication number: JP4140971B2
Application number: JP2004162914A
Authority: JP
Inventors: 治朗池田; 訓稲垣; 義則有川; 政哉脇本
Original assignee: Daido Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Daido Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2024-06-01
Also published as: JP2005343948A

Description

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。

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、その効果が認められている。従来, 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場合には、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くすぎ、また耐焼付性が不足し適用出来ない。

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を示し、且つ圧延中には低摩擦係数を示し、更に加えて耐焼付き性に優れる潤滑剤を提供することにある。

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及び（又は）無機化合物５〜７0重量部を、界面活性剤０．２〜５．０重量部と水溶性高分子化合物３〜７0重量部を用いて水に安定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安定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。

［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。

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。

本発明に於いて使用される水溶性高分子化合物としては水に安定して溶解或いは分散するものであれば適用出来、その効果は固体潤滑剤及び（又は）無機化合物の水への安定分散性を高め、ロールへの付着性向上に絶大な効果を示す。

水溶性高分子化合物の例としてはイソブチレン−マレイン酸共重合物のナトリウム塩（又は）アンモニウム塩、ポリアクリル酸のナトリウム塩及び（又は）アンモニウム塩、セルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、アルギン酸ナトリウム、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、及びポリエチレンイミン等が挙げられる。

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、水溶性高分子化合物の種類と量を適宜選択出来るが、通常固体潤滑剤５〜７０重量部に対して界面活性剤を０．２〜５．０重量部及び水溶性高分子化合物３〜７０重量部を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。また、特にポリアルキルマレイン酸ナトリウムの様なナトリウム塩やアンモニウム塩を持つ水溶性高分子化合物は固体潤滑剤或いは無機化合物の分散性が良好で、安定した分散液を調製出来、ロールへのスプレー性及び付着性を格段に高め、固体潤滑剤及び（或いは）無機化合物の効果を発揮させ、所期の目的を達成出来る。

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。

本発明の潤滑剤組成物は通常固体潤滑剤及び（又は）無機化合物５〜７０重量部好ましくは１０〜５０重量部、界面活性剤０．２〜５．０重量部好ましくは１．０〜３．０重量部、水溶性高分子化合物３〜７０重量部好ましくは８〜５０重量部及び水１０〜９０重量部好ましくは２０〜８０重量部を主成分として成るものである。

この際固体潤滑剤或いは無機化合物が５重量部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重量部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場合がある。

また界面活性剤が０．２重量部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重量部より多くなると経済的に不利であり、摩擦係数への影響が出る傾向がある。

また水溶性高分子化合物が８重量部に達しないと分散性への効果が小さく
且つ、付着性増大効果が小さい。逆に８０重量部より多くなると固体潤滑剤或いは無機化合物の効果を低下させ、噛み込み時の摩擦係数を低下させ、噛み込み性を低下させる影響が出る傾向がある。

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、ジエタノールアミンやトリエタノールアミン等の有機アミン、乳酸、クエン酸、グルコン酸、コハク酸、リンゴ酸等の水に可溶な有機酸、ホウ酸や脂肪酸のジエタノールアミン塩が挙げられる。なおこれ等はたとえば、固体潤滑剤及び無機化合物の液状コロイド液の分散安定性を高め、その希釈液の安定スプレー塗布性等に効果を示す作用がある。

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。

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。

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。

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。

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調製した。

表２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調製した。

比較例１

表２に示す所定の成分を所定量配合して、比較のための熱間潤滑剤組成物を調製した。

比較例２

比較例３

比較例４

比較例５

上記実施例１〜８及び比較例１〜５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。その結果は表１及び表２の通りである。
＜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

＜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。

＜耐焼付き性測定試験＞
加熱試験片：ＳＵＳ−３０４
加熱試験片温度：９００℃
ロール：ハイスロール
ロール回転数：１５０ｒｐｍと３００ｒｐｍ
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。

＜スプレー付着試験＞
ノズル：フルコーン０１５６５（１．５L/min at ３．０kg/cm²）
試験片：ＳＰＣＣ−ＳＤ（８０×１００ｍｍ）
塗布圧力：３．０kg/cm²
塗布時間：３ｓｅｃ
希釈濃度：３０ｗｔ％
希釈水温：２５℃
試験片温度：５０、１００、１５０℃

＜試験方法＞
図２に示す装置にて（７）のサンプル希釈液を（８）のノズルより、（１０）の試験片に塗布する。試験前後の試験片の重量差より付着量を求め、試験片面積（０．０１６ｍ^２）で割って、付着量（ｇ／ｍ^２）を計算する。
各サンプル希釈液とも５枚試験を行い、平均値を求めた。

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（株）製
トリポリリン酸カリウム：米山薬品工業（株）製
水ガラス：富士化学（株）製
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
水溶性高分子化合物Ａ：イソブチレン−マレイン酸共重合物のナトリウム塩
「イソバン１０（クラレ（株）製）のナトリウム塩の２５％水溶液」
水溶性高分子化合物：ポリアクリル酸アンモニウム
「アロンＡ３０（東亞合成（製））」
クエン酸：和光純薬工業（株）製
ホウ酸塩：ホウ酸のジエタノールアミン塩「ボニックス３８（大同化学工業（株）製）」

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
のは省く）。
普通鋼用市販熱間圧延油：大同化学工業（株）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：大同化学工業（株）製ダイロールＳＨ−３Ｓ
（硫化エステル・硫化オレフィン主成分）

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３の水のみの場合と比較して、比較例１は低温部（１００℃から３００℃）は摩擦係数が高く噛み込み性は良好で、高温部（４００℃から１０００℃）は摩擦係数が低く圧延負荷軽減が期待出来るが、付着量が少ない為耐焼付性が充分でない。また、比較例２は比較例１より付着量は多いが、ＳＵＳ用熱間圧延油の耐焼付性には及ばない。
又比較例4（普通鋼用熱間圧延油）及び比較例5（ＳＵＳ用熱間圧延油）は付着量も多く、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。

（２）実施例１〜８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、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特性を維持し、且つ、大幅に付着量が増大した為、耐焼付き性も大幅に向上した。特に、実施例４〜８はＳＵＳ用熱間圧延油と同等の耐焼付性を示した。

（３）実施例の中で、実施例１〜３は付着量がやや少なく、低温でも水より摩擦係数がやや低く、４００℃以上で摩擦係数低下を示し、７００℃以上で熱間圧延油に近い摩擦係数を示した。実施例４〜８は付着量が多く、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し、７００℃以上では実施例１〜３より若干摩擦係数が高いが、耐焼付性はＳＵＳ用熱間圧延油と同等であった。何れの実施例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、大幅に付着量が増加させられたことで種々の高圧下熱間圧延に効果的な潤滑剤として適用出来ると考える。

図１は熱間チムケン試験機の概略説明図である。図２は付着試験機の概略説明図である。

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
７．サンプル液
８．ノズル
９．マグネットヒーター
１０．試験片
１１．ポンプ

Claims

その融点が１３０〜７００℃の固体潤滑剤及び（又は）無機化合物５〜７０重量％、界面活性剤０．２〜５．０重量％、水溶性高分子化合物３〜７０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。
固体潤滑剤及び（又は）無機化合物が、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
請求項２の固体潤滑剤と共に、更に水ガラス、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
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
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