KR20210127136A - 금속의 열간 성형을 위한 윤활제 - Google Patents

Abstract

윤활제가 고체 성분에 대해서 적어도 하기의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는, 이음매 없는 튜브의 제조에서 금속의 열간 성형을 위한, 특히 맨드릴 바 및/또는 중공 블록을 윤활하기 위한 윤활제:
- 55 내지 85 wt% 의, 활석과 칼륨 운모의 혼합물을 포함하는 고형 윤활제, 상기 고형 윤활제에서의 활석 대 칼륨 운모의 비는 2.0 내지 5.0 임,
- 10 내지 30 wt% 의, 폴리비닐 아세테이트, 나트륨 물 유리 및 덱스트린 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 접착제,
- 2 내지 10 wt% 의, 히드록시 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 메틸에틸 셀룰로오스, 히드록시에틸메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 에틸히드록시메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시 셀룰로오스, 덱스트린, 전분, 유기적으로 개질된 벤토나이트, 스멕타이트 및 잔탄 검에서 선택되는 증점제,
- 0 내지 10 wt% 의, 바람직하게는 소포제, 분산제 및 살생물제에서 선택되는 추가의 보조제, 및
- 10 wt% 이하의 그래파이트, 바람직하게는 5 wt% 이하의 그래파이트, 특히 바람직하게는 0 wt% 의 그래파이트.

Description

금속의 열간 성형을 위한 윤활제

본 발명은 이음매 없는 튜브의 제조를 위한 금속의 열간 성형에서, 특히 소위 연속 공정 또는 푸시 벤치 공정에서 사용하기 위한, 실질적으로 그래파이트-비함유 및 붕소-비함유 맨드릴 바 윤활제에 관한 것이다.

예를 들어 시이트 또는 중공 블록과 같은 금속의 열간 성형에 있어서, 압연 또는 압착 설비에는, 높은 가공 온도에서 가공 공구 사이에서의 금속의 최적 슬라이딩 이동을 보장하는 윤활제가 필요하다. 이러한 양태에 있어서, 압연 설비에서 프로파일 시이트 또는 이음매 없는 튜브의 제조시에는, 1100 내지 1300 ℃ 의 온도가 발생할 수 있다. 단단하거나 또는 성형하기 어려운 금속을 가공할 때, 가공 공구는 빠르게 마모될 수 있다. 또한, 공구와 공작물 사이의 높은 마찰 값은 가공 작업에서 에너지 소비를 증가시킨다.

현대의 튜브 압연 플랜트에 있어서, 특히 복수의 구동되고 개별적으로 제어되는 압연 스탠드를 구비한, 소위 연속 공정에서, 이음매 없는 튜브의 형성은 조립식 중공 블록을 약 1200 ℃ 내지 1300 ℃ 에서 맨드릴 바에 의해 압연시킴으로써 주요 공정 단계에서 수행된다. 압연 작업 후, 맨드릴 바를 압연된 튜브 블랭크로부터 제거하고, 냉각 조에서 또는 물로의 분무 냉각에 의해 냉각시키고, 다음의 압연 작업을 준비한다. 냉각 후의 맨드릴 바의 이러한 준비는 또한 윤활제를 맨드릴 바 상에서 분무하는 윤활을 포함한다.

이러한 윤활은 압연 작업 동안에 맨드릴 바 상에서 중공 블록의 최적 슬라이딩 이동에 필수적이며, 또한 특히 튜브의 내부 표면의 성질과 관련하여, 튜브의 이후의 품질 및 치수 정확성의 측면에서 결정적이다.

사용되는 맨드릴 바 윤활제는 양호한 윤활 특성을 제공해야 하며, 동시에 높은 가공 온도를 견뎌야 한다. 양호한 윤활 특성은, 윤활제가 맨드릴 바 사이의 마찰 값을 감소시킬 뿐만 아니라, 양호한 습윤 특성을 가지며, 또한 맨드릴 바 상에서 가능한 한 연속적이고 적절한 층 두께인 윤활제 필름을 생성하는 것을 포함한다.

일부 경우에 있어서, 윤활제는 처리되는 물질의 표면에서 스케일의 형성을 또한 감소시키는 첨가제, 예를 들어 이들의 수 용해도로 인해 압연 작업으로부터의 폐수를 통과할 수 있지만, 이들의 기형 발생 작용으로 인해 심각한 폐기 문제를 유발하는 붕산 염과 같은 붕소 화합물을 함유한다.

공지의 윤활제는 그래파이트-함유 윤활제 및 그래파이트-비함유 윤활제로 나뉠 수 있다. 그래파이트-비함유 윤활제는 그래파이트의 강한 고유 색상으로 착색되지 않기 때문에, "백색" 윤활제라고도 한다.

그래파이트는 특히 내열성이 있으며, 그 자체로 및, 미네랄 오일 및 무기 염과 조합하여, 특히 양호한 윤활 특성을 갖기 때문에, 금속의 열간 성형과 같은 고온 적용에 정확히 관련된 적합한 윤활제 첨가제이다. 그래파이트-함유 윤활제의 단점은, 높은 비율의 탄소로 인해, 공작물의 금속 표면의 침탄이 발생할 수 있다는 것이다. 이 경우, 추가 처리의 측면에서, 불량한 물질 특성 및 불량한 특성을 갖는 결함이 있는 최종 제품이 발생할 수 있다. 그 결과는 높은 공작물 거부율이다. 또한, 작업 환경에서 그래파이트의 사용은 건강 문제를 야기하며, 이는 작업 환경에서 작업하는 사람들에게 특히 복잡하고 값비싼 보호 조치를 제공하는 것을 필요하게 한다.

그래파이트-함유 및 또한 그래파이트-비함유 모두일 수 있는 윤활제 그룹은, 공작물의 고온 표면 상에서 용융되며, 이 용융물에 의해 공작물과 공구 사이에 윤활 분리층을 형성하는 염 또는 염 혼합물을 함유한다. 그러나, 특정한 염 만이 이러한 목적에 적합하며, 이들의 일부는 작동 온도에 도달할 때에만 윤활제를 완전히 사용할 수 있는 높은 용융 온도를 가진다. 이것은 공구 또는 공작물이 여전히 차갑기 때문에, 가공 기계를 시작할 때 특히 불리하다. 일부 윤활제에 있어서, 붕사는 저-융점 염으로서 사용된다. 상기에서 언급한 수용성 붕소 화합물의 단점 외에도, 공작물 및 공구는 또한 붕사-함유 윤활제를 사용할 때 함께 달라 붙을 수 있으며, 그 결과 손상이 발생하거나 또는 공구 또는 기계가 멈출 수 있다. 또한, 붕사-함유 윤활제는 공구 또는 공작물의 금속 표면을 유해하게 공격한다.

또다른 공지의 윤활제는 거친 통상적인 염을 사용하지만, 이것은 공작물과 관련하여, 또다른 위치에서 물질 융제 및 물질 침착을 유도할 수 있으며, 따라서 스코어링이 발생할 수 있다. 또한, 통상적인 염은 설비의 금속 부식을 증가시켜 높은 유지 비용을 초래한다. 산화 아연 또는 산화 철과 같은 다양한 금속 산화물과의 혼합물에도 사용되는 알칼리 포스페이트 및 알칼리 보레이트를 기반으로 하는 수용성 윤활제 조차도, 처리되는 물질의 표면을 공격한다.

또다른 그룹의 고온 윤활제는 붕소 또는 알루미늄과 같은 다양한 첨가제와 함께 알칼리 포스페이트 유리 또는 실리케이트 유리를 함유한다. 이들 윤활제는 양호한 윤활 특성을 갖지만, 수용성이 부족하여, 처리된 공작물로부터 이들을 제거하기가 상당히 더 어려우며, 높은 수준의 기술 구현을 필요로 한다.

특히 연속 공정에서의 이음매 없는 튜브의 제조에서, 높은 비율의 그래파이트를 갖는 맨드릴 바 윤활제는 윤활 특성 및 온도 저항성에 대한 높은 요구 때문에, 여전히 주로 사용된다. 이 경우의 그래파이트-비함유 또는 낮은-그래파이트 ("백색") 맨드릴 바 윤활제는 상기에서 기술한 단점 및 추가의 단점에도 불구하고, 거의 사용되지 않는다. 이 목적에 적합한 윤활제는 비용이 많이 들고, 많은 양의 사용을 필요로 하며, 이는 제조 비용 및, 따라서 제품의 비용에 해로운 영향을 미친다.

CN-A-104 694 240 은 10-90 wt% 의 미네랄 점토, 0-5 wt% 의 스테아레이트, 0.1-5 wt% 의 증점제, 바람직하게는 나트륨 폴리아크릴레이트, 5-30 wt% 의 수용성 보레이트 및/또는 붕산 및 추가의 첨가제, 예컨대 표면-활성 물질 및 중합체를 함유하는 그래파이트-비함유 윤활제 조성물을 개시하고 있다.

CN-A-102 732 367 은 15-20 wt% 의 유리 분말, 2.5-8 wt% 의 백색 고형 윤활제, 0.5-3.5 wt% 의 증점제 및 추가의 첨가제, 예컨대 표면-활성 물질 및 수지를 함유하는 그래파이트-비함유 윤활제 조성물을 개시하고 있다. 백색 고형 윤활제는 운모, 활석 및 질화 붕소로 이루어진 군으로부터의 하나 이상의 화합물을 포함한다. 젤라틴 또는 셀룰로오스는 증점제로서 사용된다.

따라서, 금속의 열간 성형을 위한 공지의 윤활제는 이들의 각각의 조성에 기인 및 의존하여, 일련의 단점, 예컨대 건강 및 환경 위험 및 이와 관련된 필요한 보호 조치, 높은 수준의 필요한 사용량, 조성물의 성분의 높은 비용으로 인한 높은 소비, 해로운 마찰 값, 처리 공정 및/또는 제조된 제품의 특성에 대한 불리한 영향, 예컨대 공구 및 공작물의 고착 또는 용접, 침탄 또는 공작물 표면에 대한 다른 형태의 손상, 불리한 습윤 특성 및/또는 불리한 층 두께를 가진다.

그러므로, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하고, 특히 연속 공정 또는 푸시 벤치 공정에서의 이음매 없는 튜브의 제조에서 금속의 열간 성형을 위한 맨드릴 바 윤활제로서 적합하며, 이들 공정에서 지금까지 사용된 그래파이트-기반 윤활제와 비교해서, 그래파이트를 함유하지 않거나 또는 기껏해야 매우 소량 함유하고, 양호한 마찰 값 및 양호한 습윤 특성을 가지며, 동일한 적용에서의 공지의 윤활제와 비교해서, 더 적은 사용량을 필요로 하고, 및/또는 더 적은 비용으로 제조될 수 있는, 맨드릴 바 윤활제를 제공하는 것이다.

이 목적은, 윤활제가 고체 성분에 대해서 적어도 하기의 성분을 함유하는, 이음매 없는 튜브의 제조에서 금속의 열간 성형을 위한, 특히 맨드릴 바 및/또는 중공 블록을 윤활하기 위한 윤활제에 의해 달성된다:

- 55 내지 85 wt% 의, 활석과 칼륨 운모의 혼합물, 바람직하게는 플로고파이트, 백운모 또는 이들의 혼합물, 특히 바람직하게는 플로고파이트를 포함하는 고형 윤활제, 상기 고형 윤활제에서의 활석 대 칼륨 운모의 비는 2.0 내지 5.0 임,

- 10 내지 30 wt% 의, 폴리비닐 아세테이트, 나트륨 물 유리 및 덱스트린 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체 (EVA) 에서 선택되는 접착제,

- 2 내지 10 wt% 의, 히드록시 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 메틸에틸 셀룰로오스, 히드록시에틸메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 에틸히드록시메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시 셀룰로오스, 덱스트린, 전분, 유기적으로 개질된 벤토나이트, 스멕타이트 및 잔탄 검, 바람직하게는 잔탄 검에서 선택되는 증점제,

- 0 내지 10 wt% 의, 바람직하게는 소포제, 분산제 및 살생물제에서 선택되는 추가의 보조제, 및

- 10 wt% 이하의 그래파이트, 바람직하게는 5 wt% 이하의 그래파이트, 특히 바람직하게는 0 wt% 의 그래파이트.

본 발명에 따른 윤활제의 본질적인 이점은, 특히 연속 공정 또는 푸시 벤치 공정에서의 이음매 없는 튜브의 제조에서, 동일하거나 또는 더 작은 층 두께 또는 사용량으로, 이들 공정에서 현재 사용되는 그래파이트-함유 윤활제와 비슷하거나 또는 심지어 이보다 더 우수한, 매우 양호한 마찰 값 및 습윤 특성을 가진다는 것이다. 그러므로, 본 발명에 따른 윤활제는 연속 공정 또는 푸시 벤치 공정에서 지금까지 사용된 그래파이트-함유 윤활제를 대체할 수 있으며, 동시에 비용, 폐기 경비 및 문제, 및 작업 보호 조치에 대한 지출을 절약할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 윤활제는 5 wt% 이하의 붕소-함유 화합물, 특히 바람직하게는 0 wt% 의 붕소-함유 화합물, 예컨대 금속의 열간 성형을 위한 공지의 윤활제에서 종종 사용되는 붕산, 붕사, 붕산 염 또는 보레이트-함유 미네랄을 함유한다. 그러므로, 본 발명에 따른 윤활제는 그래파이트-기반 및 붕소-함유 윤활제의 단점을 극복할 수 있다.

적용:

연속 공정 또는 푸시 벤치 공정에서의 이음매 없는 튜브의 제조에 있어서, 윤활제는 후속 압연 단계의 준비를 위해 수성 현탁액의 형태로 냉각된 맨드릴 바 상에 분무되지만, 이 경우, 맨드릴 바는 여전히 약 100 ℃ 의 온도에 있다. 이 경우에 윤활제의 양호한 윤활 성능을 위한 필수적인 관점은 맨드릴 바의 완전한 연속 습윤, 및 특히 습윤된 맨드릴 바 상에서의 윤활제의 층의 두께이다. 본 발명에 따른 윤활제는 맨드릴 바에 대한 양호한 접착, 및 맨드릴 바의 표면의 양호한 균일한 습윤에 의해 구별된다. 동시에, 이들 공정에서 양호한 윤활을 위해 사용되는 윤활제의 양 또는 필요한 층 두께는 현 시점에서 이들 공정에서 사용되는 그래파이트-함유 윤활제와 동일하거나 또는 심지어 이보다 적다.

본원에서 윤활제의 층 두께 또는 사용량에 대해 언급하는 경우, 이것은 공구, 즉, 맨드릴 바의 주어진 표면적 상에서의 윤활제의 고체 양을 나타내며, 이는 평방 미터 당 윤활제의 고체의 그램 [g/㎡] 으로 측정된다. 본 발명에 따른 윤활제에 적합한 층 두께는 윤활제의 각 조성에 따라, 약 30 내지 150 g/㎡, 바람직하게는 50 내지 120 g/㎡, 특히 바람직하게는 70 내지 100 g/㎡ 표면적의 맨드릴 바이다.

맨드릴 바의 표면의 습윤 및 층 두께는 맨드릴 바의 표면 상에 분무된 윤활제 현탁액의 양 또는 분무 기간과 현탁액의 점도 및 접착에 의해 설정될 수 있다. 동일하거나 또는 심지어 더 작은 층 두께 또는 사용량으로 동일한 사용 목적을 위한 상업적으로 통상적인 그래파이트-함유 윤활제와 비교하여, 본 발명에 따른 윤활제로 동일하거나 또는 더 양호한 윤활 효과를 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 방식으로, 현재 사용되는 그래파이트-함유 윤활제와 비교하여, 이음매 없는 튜브의 제조에서 상당한 비용을 절감할 수 있다. 동시에, 그래파이트-함유 윤활제의 또다른 단점은 그래파이트-함유 윤활제를 다룰 때 필요한 특정한 작업 보호 조치, 공구 및 공작물의 포인트 용접, 뿐만 아니라, 압연된 튜브의 내부 표면에서의 물질의 침탄 및 이로 인해 발생하는 취성화와 같이 극복된다.

본 발명에 따른 윤활제의 필수적인 특징은 활석과 칼륨 운모의 혼합물인 고형 윤활제의 비율이며, 상기 활석 대 칼륨 운모의 비는 2.0 이상이고, 5.0 을 초과하지 않는다.

본 발명의 유리한 구현예에 있어서, 고형 윤활제에서의 활석 대 칼륨 운모의 비는 2.5 내지 4.5, 바람직하게는 3.0 내지 4.0, 및 특히 바람직하게는 3.3 내지 3.8 이다.

활석

본 발명에 따른 윤활제에서의 고형 윤활제의 주성분 중 하나인 본 발명에 따른 활석은 분말 형태의 미네랄 활석, 층상 실리케이트 (필로실리케이트), 보다 정확하게는 마그네슘 실리케이트 수화물이다. 각각의 변형에 따라, 이것은 삼사정계에서 활석-1A 또는 단사정계에서 활석-2M 으로서 결정화된다.

칼륨 운모

본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 윤활제에서의 고형 윤활제의 또다른 주성분을 형성하지만, 활석보다 소량으로 함유되는 칼륨 운모는 또한, 칼륨 이온을 갖는 층상 실리케이트 (필로실리케이트) 이다.

기본적으로, 윤활제, 또한 금속의 열간 성형을 위한 윤활제에서 층상 실리케이트의 사용은 공지되어 있다. 그러나, 본 발명에 따른 윤활제의 개선된 및 특히 유리한 특성에 실질적으로 기여하는 것은 정확히, 본원에서 청구된 비의 활석과 칼륨 운모의 조합이라는 것은 놀라웠다.

본 발명에 따르면, 적합한 칼륨 운모는 하기의 운모를 포함한다:

- 백운모-셀라도나이트 시리즈 (이중 팔면체), 구체적으로 백운모, KAl₂ [AlSi₃O₁₀(OH)₂], 알루미노셀라도나이트, KAl(Mg,Fe²⁺) [Si₄O₁₀(OH)₂], 페로-알루미노셀라도나이트, KAl(Mg,Fe²⁺) [Si₄O₁₀)(OH)₂], 셀라도나이트, KFe³⁺(Mg,Fe²⁺) [Si₄O₁₀(OH)₂], 페로셀라도나이트, KFe³⁺(Mg,Fe²⁺) [Si₄O₁₀(OH)₂],

- 플로고파이트-안나이트 시리즈 (삼중 팔면체), 구체적으로 안나이트, KFe²⁺ ₃ [AlSi₃O₁₀(OH)₂], 플로고파이트, KMg²⁺ ₃ [AlSi₃O₁₀(OH)₂],

- 시데로필라이트-폴리리티오나이트 시리즈 (삼중 팔면체), 즉, 시데로필라이트, KFe²⁺ ₂Al [Al₂Si₂O₁₀(OH)₂], 폴리리티오나이트, KLi₂Al [Si₄O₁₀F₂],

- 타이니올라이트 그룹, 타이니올라이트, KLiMg₂ [Si₄O₁₀F₂],

- 및 상기에서 언급한 칼륨 운모의 혼합물.

플로고파이트 및 백운모, 특히 플로고파이트가 특히 유리한 것으로 입증되었다. 그러므로, 본 발명의 또다른 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 윤활제의 고형 윤활제에서, 칼륨 운모는 60 wt% 이상의 플로고파이트, 바람직하게는 80 wt% 이상의 플로고파이트, 특히 바람직하게는 90 wt% 이상의 플로고파이트를 함유한다. 매우 특히 바람직하게는, 플로고파이트 만이 칼륨 운모로서 사용된다.

금속의 열간 성형에 있어서, 특히 이음매 없는 튜브의 제조에서 맨드릴 바 및/또는 중공 블록의 윤활을 위해, 본 발명에 따른 윤활제는 물 중의 고체 성분의 현탁액의 형태로 맨드릴 바, 가능하게는 또한 중공 블록 상에 분무된다. 10 내지 45 wt% 의 고체 성분, 바람직하게는 15 내지 35 wt% 의 고체 성분, 특히 바람직하게는 20 내지 30 wt% 의 고체 성분을 갖는 수성 현탁액이 적합하다.

활석 및 칼륨 운모의 고형 윤활제의 주성분 이외에, 본 발명에 따른 윤활제는 또한 10 내지 30 wt% 의 접착제 및 20 내지 10 wt% 의 증점제를 포함한다. 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체 (EVA) 는 접착제로서 특히 유리한 것으로 입증되었으며, 잔탄 검은 증점제로서 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 본원에서 언급되는 바와 같은 다른 적합한 접착제 및 증점제가 또한 사용될 수 있다. 각 경우에 윤활제의 고체 성분과 관련하여 상기에서 언급한 정량적 범위 내에서, 당업자는 각각의 사용 상황에 대해 양호한 처리 능력, 각각의 이용 가능한 분무 설비에서의 윤활제 현탁액의 유용성, 공구 표면 상에서의 습윤, 접착 및 층 두께 형성을 달성하기 위해서, 윤활제의 전체 조성물에 적합한 접착제 및 증점제의 양을 용이하게 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 윤활제는, 본원에서 언급되는 종류의 윤활제에서 유리하게 및 각각의 사용 상황에 따라 사용될 수 있는 0 내지 10 wt% 의 추가의 보조제를 추가로 함유한다. 이러한 보조제는 바람직하게는 소포제, 분산제 및 살생물제를 포함한다.

소포제는 윤활 현탁액을 공구, 예를 들어 맨드릴 바 상에 분무할 때, 불리한 거품을 방지하거나 또는 적어도 감소시키기 위한 것이다. 적합한 소포제는 폴리글리콜, 무정형 및/또는 소수성 규산, 폴리실록산, 데메틸폴리실록산, 유기적으로 개질된 폴리실록산 및 나프탈렌 축합물을 포함한다.

분산제는 유리하게는 수성 현탁액 중에서 윤활제의 고체의 분포를 개선하고, 현탁액 중에서 고체의 침강을 방지하거나 또는 지연시키는데 사용될 수 있다. 적합한 분산제는 C16-C18 알코올, 에톡시레이트 염, 나트륨 및 칼륨 트리폴리포스페이트, 폴리에틸렌 글리콜 및 나트륨 실리케이트를 포함한다.

살생물제는 유리하게는 특히 윤활제의 장기간 저장시, 윤활제에서의 박테리아, 진균 및/또는 효모와 같은 미생물의 증가를 방지하거나 또는 적어도 억제하는데 사용될 수 있다. 적합한 살생물제는 1,2-벤즈이소티아졸-3(2H)-온, 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온, 2-메틸-2H-이소티아졸-3-온, 2-옥틸-2H-이소티아졸-3-온, 에틸렌디옥시디메탄올, 테트라히드로-1,3,4,6-테트라키스(히드록시메틸)이미다조[4,5-d]이미다졸-2,5(1H,3H)-디온, 2-브로모-2-니트로프로판-1,3-디올, 2,2-디브로모-2-카르바모일아세토니트릴, 차아염소산 나트륨 및 아염소산 나트륨을 포함한다.

본 발명에 따른 윤활제의 또다른 이점은, 이음매 없는 튜브의 제조를 위한 연속 공정 및 푸시 벤치 공정에서 현재 사용되는 그래파이트-기반 윤활제를 대체할 수 있으며, 따라서 그래파이트를 사용하는 단점을 극복할 수 있다는 것이다. 그럼에도 불구하고, 그래파이트는 우수한 윤활제이며, 이의 내열성으로 인해 금속의 열간 성형에 특히 적합하다. 그러므로, 지금까지 이들 용도에 사용된 그래파이트-기반 윤활제는 통상적으로 높은 비율의 그래파이트를 함유한다.

본 발명에 따른 윤활제가 그래파이트-함유 윤활제의 단점을 극복하고 이것을 대체하기 위한 것이더라도, 본 발명에 따른 윤활제의 구현예에서는, 윤활제의 특성을 조정하고 이를 추가로 개선하기 위해서 특정한 양의 그래파이트를 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 윤활제에서의 그래파이트의 비율은 10 wt% 이하의 그래파이트, 바람직하게는 5 wt% 이하의 그래파이트일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 윤활제에서의 그래파이트의 이러한 비율은 지금까지 사용된 그래파이트-함유 윤활제에서의 높은 그래파이트 비율보다 현저하게 더 적으며, 따라서 또한 그래파이트의 단점을 공지의 정도까지 포함하지 않는다. 그러나, 특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 윤활제는 임의의 그래파이트를 함유하지 않는다.

본 발명은 또한 바람직하게는 연속 공정 또는 푸시 벤치 공정을 사용하여, 금속의 열간 성형에 의한 이음매 없는 튜브의 제조에서 맨드릴 바 및/또는 중공 블록의 윤활을 위한, 본 발명에 따른 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이다. 이러한 관점에서, 윤활제는 바람직하게는 중공 블록에 도입되기 전에 약 100 ℃ 의 온도에서 맨드릴 바 상에 분무되는 수성 현탁액의 형태이다.

각각의 조성에 따라, 본 발명에 따른 윤활제는 맨드릴 바의 30 내지 150 g/㎡ 표면적의 층 두께 (사용량) 로 분무된다. 바람직하게는, 층 두께 (사용량) 는 50 내지 120 g/㎡ 분무 표면적, 특히 바람직하게는 70 내지 100 g/㎡ 분무 표면적이다.

이하에서, 실시예 및 사용되는 방법 및 물질의 설명을 통해 본 발명을 추가로 설명한다. 그러나, 실시예는 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

물질 및 방법

점도 측정

점도 측정은 DIN 53019 에 따라서 및 제조사의 지침에 따라서, 동축 실린더 (40 mm 스핀들) 를 구비한 Brookfield (AMETEK GmbH - BU Brookfield, Lorch, Germany) 의 회전식 레오미터 R/S Plus 를 사용하고, 20 ℃ +/- 0.4 ℃ 의 샘플 온도에서 software Rheo3000 을 사용하여 수행하였다.

마찰 값 측정

마찰 값 측정은 Lohrentz GmbH Pruftechnik, Nidda-Harb, Germany 의 마찰계 "HT-Tribometer Prufstand 564" 로 수행하였다. 마찰계는 직경 280 mm 의 Thermudur 2342 EFS 강철의 유도 가열식 회전 디스크, 및 회전 디스크 방향으로 유압식으로 변위 가능하고, 저항 가열에 의해 가열 가능한 S355MC 강철의 시험체가 장착된 테이블을 포함한다.

마찰 값 측정을 위해, 회전 디스크를 100 ℃ (+/- 10 ℃) 로 가열하고, 원하는 층 두께까지 윤활제를 분무하였다. 디스크 표면으로부터 분무 노즐의 간격은 10 mm 였다. 무엇인가 다른 것이 명기되어 있지 않는 한, 윤활제는 80 g/㎡ 의 층 두께로 적용하였으며, 측정 전에 약 5 초 동안 작용하도록 하였다.

후속 측정에서, 디스크를 10 rpm 으로 회전시켰다. 시험체를 1230 ℃ (+/- 20 ℃) 로 가열하고, 유압식으로 변위 가능한 테이블을 사용하여 회전 디스크에 대해 32,000 N (+/- 2,000 N) 의 압착력 (F_N) 으로 압착시키고, 압착력에 대해 수직으로 디스크에서 작용하는 반경 방향 힘 (F_R) 을 수 초에 걸쳐서 측정하였다. 마찰 값 (μ) 은 반경 방향 힘 (F_R) 및 압착력 (F_N) 의 몫, μ = F_R / F_N 이다. 각 샘플에 대해 6 회 측정을 수행하였다 (6 배 결정). 각 경우에 있어서, 공작물과 회전 디스크의 접촉 후 2 내지 6 초 동안에 감지된 마찰 값의 평균 값을 측정의 마찰 값으로서 간주하였다. 본원에서 명시된 마찰 값은 또한 각 샘플로 수행한 6 회 측정으로부터의 평균 값이다.

층 두께 검사

분무 조건 (분무 기간) 하에서 마찰계의 디스크에 적용된 윤활제의 층 두께는, 윤활제를 분무하기 전에, 마그네틱 스트립 호일을 디스크의 표면에 적용하고, 이어서 윤활제를 분무하는 절차에 의해 검사하였다. 마그네틱 스트립 호일을 제거하고, 이것에 적용된 윤활제를 칭량하고, 윤활제를 갖지 않는 호일의 중량에 관한 차이로부터 층 두께를 결정하였다.

비교 윤활제

비교 윤활제로서, 이음매 없는 튜브의 제조를 위한 연속 공정에서 특히 산업적으로 사용되는, 30 % 현탁액의 형태인, Chemische Fabrik Budenheim KG 의 그래파이트-기반 맨드릴 바 윤활제 PHOSPHATHERM^® 120 GLW 30 (이하, "PH120") 을 사용하였다.

윤활제 제제 및 원료

달리 명시하지 않는 한, 하기에서 언급한 원료를 윤활제 제제에서 사용하였다. 모든 퍼센트는 중량% 이며, 제조사의 세부 정보와 일치한다.

활석: 화학적 조성: SiO₂: 61.0 %, MgO: 31.0 %, Al₂O₃: 0.1 %, Fe₂O₃: 1.8 % 및 CaO: 0.6 %; 평균 입자 크기 (D50): 5 ㎛

플로고파이트: 화학적 조성: SiO₂: 41 %, Al₂O₃: 10 %, MgO: 26 %, CaO: 2 %, K₂O: 10 %, Fe₂O₃: 8 %; 평균 입자 크기 (D50): 44 ㎛

백운모 1: 화학적 조성: SiO₂: 44 %, Al₂O₃: 31 %, K₂O: 9 %, Fe₂O₃: 3 %; 평균 입자 크기 (D50): 45 ㎛

백운모 2: 화학적 조성: SiO₂: 51.5 %, Al₂O₃: 27.0 %, K₂O: 10.0 %, Fe₂O₃: 2.9 %, MgO: 2.8 %; 평균 입자 크기 (D50): 5 ㎛

그래파이트: 천연 그래파이트, 탄소 함량: 95 %, 평균 입자 크기 (D50): 21 ㎛

접착제: 비닐아세테이트 에틸렌 공중합체 (EVA)

증점제: 잔탄 검 (E415)

실시예

최적의 활석/층상 실리케이트 비

도 1 은 조사한 조성물의 마찰 값을 보여준다. 활석 대 플로고파이트의 비가 각각 3.3 및 3.8 인 제제 C 및 D 는 최상의 결과를 나타냈다. 활석 대 플로고파이트의 비가 각각 3.3 미만 및 3.8 초과인 제제 B 및 E 는 플로고파이트 단독을 사용한 제제 F 와 비슷한 결과를 나타냈다. 제제 A 는 활석 단독을 사용한 제제 G 와 비슷한 결과를 나타냈다. 제제 F 와 비교하여, 플로고파이트 대신 운모 백운모 (백운모 1) 를 사용한 제제 H 는 플로고파이트 단독을 사용한 제제 F 보다 현저하게 더 나쁜 결과를 나타냈다.

그러나, 모든 제제 A 내지 H 의 마찰 값은 종래 기술에 따른 그래파이트-기반 제품을 사용한 비교 제제 PH120 보다 현저하게 더 낮았다.

활석과 플로고파이트의 다양한 양의 고형 윤활제

도 2 는 조사한 조성물의 마찰 값을 보여준다. 달성 가능한 마찰 값과 관련하여 특히 유리한 것으로 밝혀진 3.3 내지 3.8 의 범위의 활석 대 플로고파이트의 비에서, 약 13 % 활석과 플로고파이트 (제제 S 및 T) 는, 19.5 % 활석과 플로고파이트 (제제 C 및 D) 와 같이 비교적 양호한 마찰 값을 달성하였다. 각각 26 % 및 25.24 % 활석과 플로고파이트 (제제 R 및 U) 를 사용한 경우, 마찰 값은 더 높았지만, 그래파이트 기반의 종래 기술에 따른 제품을 사용한 비교 제제 PH120 보다 항상 현저하게 더 낮았다.

다양한 운모의 비교 및 그래파이트의 첨가

도 3 은 조사한 조성물의 마찰 값을 보여준다. 제제 L 및 M 에 있어서, 제제 C 에서 플로고파이트를 사용하고 제제 I 에서 활석과 운모 대신에 동일한 사용량의 순수한 그래파이트를 사용한 대안적인 운모 백운모 1 및 백운모 2 를 비교하였다. 동일한 양의 플로고파이트 (제제 C) 로 최상의 마찰 값을 달성하였지만, 운모 백운모 1 및 백운모 2 (제제 L 및 M) 는 또한 활석과 운모 (제제 I) 대신에 동일한 양의 순수한 그래파이트를 사용한 것보다 단지 약간 높은 양호한 마찰 값을 나타냈다.

제제 O, P 및 Q 에 있어서, 제제 C 와 비교하여, 활석/플로고파이트 비 = 3.3 을 유지하면서, 활석과 플로고파이트의 양의 일부를 각각 1 %, 5 % 및 10 % 의 그래파이트로 대체하였다.

결과는 상업적으로 통상적인 그래파이트-함유 윤활제와 비교하여, 본 발명에 따른 윤활제를 사용하고, 활석과 운모 대신에 순수한 그래파이트 또는 그래파이트의 비율을 사용한 경우, 동일한 사용량 및 동일한 층 두께로, 동일하거나 또는 심지어 현저하게 더 양호한 윤활 효과를 달성할 수 있다는 것을 전체적으로 보여준다. 그러므로, 본 발명에 따른 윤활제를 사용하면, 현재 사용되는 그래파이트-함유 윤활제와 비교하여, 이음매 없는 튜브의 제조에서 상당한 비용 절감을 달성할 수 있으며, 그래파이트-함유 윤활제의 추가의 단점이 극복되었다.

다양한 층 두께의 비교

도 4 는 층 두께가 상이한 PH120 및 조성 C 의 마찰 값을 보여준다. 제제 C 와 비교 윤활제 PH120 의 다양한 층 두께의 비교는, 본 발명에 따른 제제 C 가 최소 사용량으로도, 단지 30 g/㎡ 의 층 두께로, 사용량이 2 배 내지 3 배 초과인 비교 윤활제 PH120 과 비교하여, 더 양호하거나 또는 적어도 비슷한 마찰 값을 여전히 제공한다는 것을 다시 보여준다.

상기 비교에서 사용된 조성 "C" 는 25 % (wt%) 의 고체 성분 및 75 % 의 물을 함유한다. 또다른 시험에 있어서, 동일한 고체 조성물의 더 높은 수준의 희석이 더 낮은 고체 비율로 생성되었으며, 마찰 값 측정은 상기와 같이 수행하였다 (20 % 내지 10 % 의 고체 성분; 이하에서, "C20", "C17.5", … "C10"). 희석의 증가 (물의 양의 증가) 와 동일한 적용 시간으로, 시험에서 사용량 (층 두께) 이 감소하였다.

"C" 에 따른 고체 조성물의 다양한 농도 및 층 두께의 비교

C(FS) = 물이 없는 조성물 "C" 에서의 고체와 관련된 % 비율.

결과는, 가장 높은 수준의 희석 및 본 발명에 따른 윤활제를 사용한 양의 약 절반에 불과한 최소 사용량을 갖는 샘플 "C10" 으로도, 상업적으로 통상적인 그래파이트-함유 윤활제보다 상당히 더 양호한 마찰 값이 여전히 달성되었다는 것을 입증한다. 이 시험의 결과와 상기 시험의 결과의 비교는, 본 발명에 따른 고체 조성물 "C" 의 경우, 20 내지 25 % 의 희석도 및 약 50 내지 80 g/㎡ 의 사용량으로, 특히 유리한 마찰 값 결과가 달성된다는 것을 보여준다.

Claims (11)

1. 윤활제가 고체 성분에 대해서 적어도 하기의 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는, 이음매 없는 튜브의 제조에서 금속의 열간 성형을 위한, 특히 맨드릴 바 및/또는 중공 블록을 윤활하기 위한 윤활제:
   - 55 내지 85 wt% 의, 활석과 칼륨 운모의 혼합물을 포함하는 고형 윤활제, 상기 고형 윤활제에서의 활석 대 칼륨 운모의 비는 2.0 내지 5.0 임,
   - 10 내지 30 wt% 의, 폴리비닐 아세테이트, 나트륨 물 유리 및 덱스트린 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 접착제,
   - 2 내지 10 wt% 의, 히드록시 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 메틸에틸 셀룰로오스, 히드록시에틸메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 에틸히드록시메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시 셀룰로오스, 덱스트린, 전분, 유기적으로 개질된 벤토나이트, 스멕타이트 및 잔탄 검에서 선택되는 증점제,
   - 0 내지 10 wt% 의, 바람직하게는 소포제, 분산제 및 살생물제에서 선택되는 추가의 보조제, 및
   - 10 wt% 이하의 그래파이트, 바람직하게는 5 wt% 이하의 그래파이트, 특히 바람직하게는 0 wt% 의 그래파이트.
2. 제 1 항에 있어서, 고형 윤활제에서의 활석 대 칼륨 운모의 비가 2.5 내지 4.5, 바람직하게는 3.0 내지 4.0, 특히 바람직하게는 3.3 내지 3.8 인 것을 특징으로 하는 윤활제.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 칼륨 운모가 플로고파이트, 백운모 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 윤활제.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 칼륨 운모가 60 wt% 이상의 플로고파이트, 바람직하게는 80 wt% 이상의 플로고파이트, 특히 바람직하게는 90 wt% 이상의 플로고파이트, 매우 특히 바람직하게는 100 wt% 의 플로고파이트를 함유하는 것을 특징으로 하는 윤활제.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 윤활제가 10 내지 45 wt% 의 고체 성분, 바람직하게는 15 내지 35 wt% 의 고체 성분, 특히 바람직하게는 20 내지 30 wt% 의 고체 성분을 갖는 수성 현탁액인 것을 특징으로 하는 윤활제.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 접착제가 에틸 비닐아세테이트 공중합체 (EVA) 이거나 또는 이것을 포함하는 것을 특징으로 하는 윤활제.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 증점제가 잔탄 검이거나 또는 이것을 포함하는 것을 특징으로 하는 윤활제.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 윤활제가 나머지로서 바람직하게는 소포제, 분산제 및 살생물제에서 선택되는 추가의 보조제를 함유하는 것을 특징으로 하는 윤활제.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 윤활제가 0 내지 5 wt% 의 붕소-함유 화합물, 바람직하게는 0 내지 2.5 wt% 의 붕소-함유 화합물, 특히 바람직하게는 0 내지 1 wt% 의 붕소-함유 화합물, 매우 특히 바람직하게는 0 wt% 의 붕소-함유 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 윤활제.
10. 바람직하게는 연속 공정 또는 푸시 벤치 공정에서, 금속의 열간 성형에 의한 이음매 없는 튜브의 제조에서 맨드릴 바 및/또는 중공 블록의 윤활을 위한, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 윤활제 조성물의 용도.
11. 제 10 항에 있어서, 윤활제가 30 내지 150 g/㎡ 표면적의 양, 바람직하게는 50 내지 120 g/㎡ 분무 표면적의 양, 특히 바람직하게는 70 내지 100 g/㎡ 분무 표면적의 양, 매우 특히 바람직하게는 약 80 g/㎡ 분무 표면적의 양으로, 맨드릴 바 및/또는 중공 블록 상에 수성 현탁액의 형태로 분무되는 것을 특징으로 하는 용도.

Images