KR960014939B1

KR960014939B1 - 강판용 냉간압연유 조성물

Info

Publication number: KR960014939B1
Application number: KR1019900007290A
Authority: KR
Inventors: 가오루 시라이시; 다께루 사리오; 리오이찌로 다까하시; 마사아끼 와따나베; 사까에 소노다; 오사무 후루야마; 고우찌 가부라찌
Original assignee: 니혼 파커라이징 가부시끼가이샤; 사또 미 유다까
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1990-05-19
Publication date: 1996-10-21
Also published as: EP0399377A1; DE69004487T2; KR900017676A; JPH02305894A; DE69004487D1; US5122288A; EP0399377B1

Abstract

내용없음.

Description

강판용 냉간압연유 조성물

제1도는 냉간압연유의 유화분산성을 평가하는 펌프순환시험기를 나타내는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 펌프 2 : 히터

3 : 교반기 4 : 노즐

5 : 냉각액 탱크 6 : 냉각액

본 발명은 강판의 냉간압연공정에서 사용되는 에멀션형 냉간압연유에 관한 것이다.

강판의 냉간압연에 있어서, 냉간압연유를 온수에 1∼10%의 농도로 유화분산하여 얻은 분산액('냉각액'이라 한다)은 보통 강판가공시에 발생하는 열을 냉각시키고 윤활유를 압연롤과 강판에 공급하여 부착시키기 위해 순환분사식으로 사용된다.

냉간압연유는 동물유, 식물유, 광물유, 각종 합성 에스테르 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 기본유로 하여 이것과 유성 항상제, 고압첨가제 및 냉간압연유를 유화분산시키는 유화제를 배합하여 얻은 조성물이다.

강판 또는 압연롤에 대한 윤활유의 부착력(플레이트 아웃(plate-out))은 냉간압연유의 유화분산상태에 의해 지대한 영향을 받는다. 일반적으로, 유화분산입자의 직경이 클수록 플레이트 아웃이 좋아지고, 그에 따라 윤활성이 향상된다. 또한, 압연가공에 있어서, 윤활성의 변동은 압연작업에 극도로 지장을 초래하므로 윤활성의 안정성은 중요하다. 그러나, 냉각액을 냉각액 탱크내에 저장하고 이를 순환사용하는 동안에 냉가압연유의 유화분산상태가 변화하는 경향이 있으므로, 일정한 유화분산상태를 유지하는 것이 어렵다. 이로 인해, 윤활성이 변동되어, 작업안정성에 극심한 지장을 가져온다.

유화분산성이 시간에 따라 변화하는 이유 중의 하나는 윤활유의 분산입자가 합착됨에 따라 입자크기가 성장하기 때문이고, 또다른 이유는 철판의 압연가공시에 발생되는 철분 혼입에 의해 유화분산성에 나쁜 영향을 미친다는 것이다. 유화분산된 냉간압연유가 분산초기단계에서 교반조건과 알맞는 비교적 균일한 입자직경을 유지하나, 그후 입자들이 합착(coalescence) 및 분해됨에 따라 입자직경이 점차로 작은 입자직경에서 큰 입자직경에 이르기까지 광범위하게 분포된다. 또한, 철분 혼입에 의해 분산입자들이 합착되어 큰 직경의 입자가 형성된다. 이와 같은 큰 직경의 윤활유 입자들은 냉각액 탱크내에서 용이하게 부동할 수 있으므로, 이들은 교반조건의 변화에 따라 부동하거나 함입된다. 그리하여, 압연강판이나 롤에 공급되는 냉각액내의 윤활유의 분산입자직경의 분포가 변동하므로, 플레이트 아웃이 변화되어 윤활성의 변화가 야기된다.

그리하여, 압연강판이나 롤에 공급되는 냉각액내의 윤활유 분산입자직경의 분포가 변동하므로, 플레이트 아웃의 변화되어, 윤활성의 변화가 야기된다. 상술한 현상을 피하기 위해, 냉간압연유와 혼합되는 유화분산제의 종류나 첨가량 등이 연구되어 왔다. 종래에는 분자량 1000 이하의 비이온성 유화제가 강판용 냉간압연유와 혼합되는 유화분산제로서 사용되었다. 최근에, 수용성 양이온성 고분자 화합물을 사용하는 것도 연구되었고, 그들 중 일부는 유화분산상태의 안정성을 향상시키기 위해 실요화되고 있으나, 상술한 바와 같은 비이용성 유화제는 사용하여 시간에 따른 상기의 문제점을 해결한다는 것은 매우 어렵다. 한편, 수용성 양이온성 고분자 화합물을 사용하는 경우에는 시간에 따라 유화분산상태의 안정성이 현저하게 개선되기는 하지만, 그 반면에, 유화제가 양이온성이기 때문에, 사용되는 물의 pH, 경도, 성분 등의 수질에 의해 영향을 받기가 쉽다. 따라서, 수질관리가 필요하며, 또한 수용성 양이온성 고분자 화합물은 유용성(oil solubility)이 없으므로, 냉간압연유는 2액상이 되어 유화분산작업성이 양호하지 못하다는 문제점이 야기된다.

최근에는, 압연속도와 드래프트(draft)의 증가에 의한 작업효율의 개선이 장려되고 있으며, 이에 따라 냉간압연유에 대해 휠씬 더 우수한 윤활성과 시간에 따른 안정성이 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해서는 냉각액의 플레이트 아웃의 향상과 유화분산상태의 안정성의 향상이 요구된다.

본 발명의 목적은 종래의 냉간압연유와 관련된 상기 문제점들을 해결하고 시간에 따른 안정성과 윤활성이 매우 우수한 냉간압연유를 제공하는데 있으며, 본 발명의 냉간압연유를 사용함에 따라 냉각압연작업효율을 향상시킴으로써 냉간압연강판의 제조에 기여하게 될 것이라 기대된다.

본 발명의 강판용 냉간압연유는 특정한 비이온성 계면활성제를 냉간압연유와 배합할 경우, 종래에는 볼 수 없었던 우수한 유화분산성을 냉간압연유에 부여할 수 있다는 것을 알아내어 이에 따라 완성된 것이다. 특히, 본 발명자들은 유화분산제로서 분자량이 2000∼15000이고 HLB값이 5∼9인 고분자 비이온성 계면활성제 0.2∼5wt.%를 냉간압연유와 배합하면, 유화분산된 오일입자의 합착방지성이 현저하게 향상되며, 또한, 철분혼입에 의한 영향을 덜 받으며, 시간에 따른 유화분산상태의 안정성이 상당히 증대되며, 플레이트 아웃이 크게 향상된다는 것을 알아냈다. 그러나, 상술한 고분자 비이온성 계면활성제만을 냉간압연유와 배합하더라도, 안정한 부동유가 시간이 경과됨에 따라 생성되어, 교반력이 매우 약한 경우에는 냉간압연유의 농도를 감소시킨다. 이점에 있어서, HLB값이 12∼16인 비이온성 계면활성제 0.2∼5wt.%를 냉간압연유와 배합하면, 교반력이 약한 경우에도 냉간압연유의 농도가 감소되지 않으므로, 시간에 따라 안정성 성능이 얻어질 수 있음을 알아냈다.

이러한 사실의 발견으로, 종래에는 얻지 못했던 우수한 강판용 냉간압연유를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명자들이 연구조사한 결과, 아세틸렌 글리콜계 비이온성 계면활성제 0.1∼10wt.%를 상술한 강판용 냉간압연유와 배합하면, 철분혼입으로 인한 악영향을 안전하게 피할 수 있음을 알아내어 새로운 강판용 냉간압연유를 발명하게 되었다.

구체적으로는, 본 발명의 제1발명은 기본유로서 동물유, 식물유, 광물유, 합성 에스테르 또는 이들이 2종 이상의 혼합물을 포함하는 강판용 냉간압연유 조성물에 있어서, 분자량이 2000∼15000이고 HLB값이 5∼9인 비이온성 계면활성제 0.2∼5wt.% 및 HLB값이 12∼16인 비이온성 계면활성제 0.2∼5wt.%를 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간압연유 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 제2발명은 상기 제1발명의 강판용 냉간압연유 조성물에 추가로 아세틸렌 글리콜계 비이온성 계면활성제 0.1∼10wt.%를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간압연유 조성물에 관한 것이다.

분자량이 2000∼15000이고 HLB값이 5∼9인 비이온성 계면활성제의 예로는 프로필렌 글리콜과 에틸렌 글리콜의 공중합체, 지방산, 다가 지방산 또는 중축합 지방산과 에틸렌 글리콜, 글리세린, 소르비톨, 소르비탄 등과 같은 알콜 또는 폴리알콜의 에스테르 또는 폴리에스테르를 들 수 있다. 이와 같은 계면활성제의 분자량이 2000 미만인 경우에는, 합착방지성의 효과가 열등한데 비해, 본 발명자들에 의해 얻게 되는 계면활성재에 있어서는, 분자량이 15000을 초과하면 유용성이 나빠진다. HLB값이 4 미만 또는 9를 초과하면 어느 경우에도 합착방지성이 열등하고 플레이트 아웃도 향상되지 않는다. 또한, 첨가되는 이러한 계면활성제의 양이 0.2wt.% 미만인 경우에는 오일입자의 합착방지성 효과가 열등한 반면에, 5wt.%를 초과할지라도 그 효과가 포화상태이므로 그 이상의 첨가는 불필요하다.

다음에, HLB값이 12∼16인 비이온성 계면활성제의 예로는 폴리옥시에틸렌 알콜 에테르와, 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르와, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르와, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르와, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 에스테르 등을 들 수 있다.

HLB값이 12 미만이면, 약하게 교반하는 경우에는 유화분산상태의 안정성을 얻을 수 없고, HLB값이 16을 초과하면 유동성이 저하된다. 상술한 종류의 비이온성 계면활성제의 첨가량은 0.2wt.%로서 충분하며, 5wt.%를 초과하더라도 비이온성 계면활성제의 첨가효과는 포화상태에 이른다. 따라서, 그 이상의 첨가는 필요없다.

아세틸렌 글리콜계 비이온성 계면활성제는 다음의 화학식 1로 나타낸다 :

상기식에서, R₁및 R₄는 H 또는 C_nH_2n-1이고, R₂및 R₃은 H 또는 CH₃이고, X₂는 H 또는 (C₂H₄O)_nH이고, n은 1 이상의 정수이다.

위와 같은 종류의 비이온성 계면활성제의 첨가량이 0.1wt.% 미만인 경우에는, 철분혼입으로 인한 악영향을 완전히 억제할 수 없고, 첨가량이 10wt.%를 초과하더라도, 계면활성제의 첨가효과는 포화상태가 되므로, 그 이상의 첨가는 필요하지 않다.

본 발명의 강판용 냉간압연유의 필수조건은 기본유에 상술한 비이온성 계면활성제를 포함하는 것이나, 본 발명의 냉간압연유는 당해 기술분야에서 통상 사용되는 각종 유성향상제, 고압 첨가제 등과 같은 첨가제의 혼입을 배제하지 않으며, 또한 필요에 따라 다른 계면활성제도 첨가할 수 있다.

상술한 바와 같이, 냉간압연유의 유화분산상태에 시간에 따른 안정성은 두가지 요인, 즉 윤활유 분산입자의 합착과 철분의 혼입에 의한 영향을 받는다.

분산입자의 표면의 보호작용이 강한 경우에는 합착방지성이 우수한 것으로 알려져 있다. 또한 강판의 압연시에 생성되는 철분의 입자표면이 찬유성이므로, 입자표면은 윤할유 입자와 용이하게 혼화된다. 그 결과, 윤활유 입자의 보호작용은 이러한 혼화성 철분에 의해 파괴되어 윤활유 입자와 합착되어 철분입자를 함유하는 큰 입자가 형성된다. 따라서, 냉간압연유의 유화분산상태의 시간에 따른 안정성을 향상시키기 위해서는, 오일입자의 표면의 보호작용을 강하게 하여 합착방지성을 향상시키고 윤활유가 철분에 의해 쉽게 영향을 받지 않도록 해야 한다.

합착방지성을 향상시키기 위해서는, 오일입자의 표면의 보호막을 두껍게 하는 것이 유효하고, 동시에 그 효과를 시간에 따라 안정하게 유지하기 위해서는 오일입자의 계면에 오일입자의 보호막을 안정하게 유지시켜야 한다. 본 발명에 사용되는 분자량이 2000∼15000이고 HLB값이 5∼9인 비이온성 계면활성제가 종래에 사용되어 왔던 비이온성 계면활성제보다 분자량이 높기 때문에, 오일입자의 표면의 보호막을 두껍게 할 수 있다. 이 때문에, 오일입자의 합착 및 오일입자에 대한 철분입자의 흡착을 방지할 수있다. 상술한 종류의 비이온성 계면활성제의 HLB값이 5∼9가 유효한 이유는 HLB값이 5 미만에서는 유용성이 너무 강한데 비해, 9를 초과하면 수용성이 강해지기 때문에, 계면활성제가 계면에 안정하게 존재하지 않으므로 오일입자의 표면에 안정한 보호막을 얻을 수 없다. 또한, 플레이트 아웃을 향상시키는 작용에 관해서는, HLB값이 5∼9인 고분자 비이온성 계면활성제가 용이하게 W/O 에멀션을 생성하며, 온수에 분산되어 있는 경우에는 W/O/W 에멀션으로 되어 있어서 플레이트 아웃이 향상되는 것으로 여겨진다. 그리하여, 분자량이 2000∼15000이고 HLB값이 5∼9인 비이온성 계면활성제를 냉간압연유에 배합하면, 합착방지성 및 플레이트 아웃이 우수한 냉각액이 얻어질 수 있다. 그러나, 이러한 고분자 비이온성 계면활성만을 배합하면 냉각액이 약하게 교반되는 경우에는 냉각액 에멀션의 형태가 W/O/W 에멀션에서 W/O 에멀션으로 변화되는 경향이 있다. 그 결과, 안정화된 W/O 에멀션이 냉각액상에서 부동하므로 바람직하지 못하다.

이와 같이 생성된 W/O 에멀션이 냉각액 중에 거의 분산되어 있지 않기 때문에, 냉각액 중의 오일입자직경의 분포가 변하지 않으나, 냉각압연유의 농도가 감소된다. 이에 대한 대응책으로서, HLB값이 12∼16인 비이온성 계면활성제를 상기 냉간압연유에 배합하면, W/O 에멀션의 생성을 저지하여 안정화된 에멀션 형태를 얻을 수 있다.

다음은 아세틸렌 글리콜계 비이온성 계면활성제에 대하여 설명한다. 이러한 종류의 계면활성제는 분자의 중앙위치에 삼중 결합을 갖고 있고 이것의 인접위치에 OH 그룹을 지니고 있기 때문에, 삼중 결합부분이 강한 극성을 나타낸다. 이러한 극성으로 인해, 계면활성제가 생성된 철분표면에 흡착되어 철분표면을 친수성을 띠게 한다. 따라서,본 발명의 제1발명에 의한 냉간압연유에 HLB값이 12∼16인 비이온성 계면활성제를 첨가하여 얻은 효과에 의해 철분혼입의 악영향을 완전히 억제할 수 있다.

[실시예]

본 발명의 장점은 하기에서 비교예와 함께 예시하여 더욱 더 명백해질 것이다.

[계면활성제]

그룹 A…분자량 2000∼15000, HLB값이 5∼9(본 범위외의 계면활성제도 포함)

그룹 B…HLB값 12∼16(12 미만의 계면활성제도 포함)

그룹 C…아세틸렌 글리콜계 계면활성제

그룹 D…저분자량 비이온성 계면활성제

그룹 E…수용성 고분자 비이온성 계면활성제

A-1 플루로닉(Pluronic) L61, HLB값 5.6, MW 2000

A-2 플루로닉 L121, HLB값 5.0, MW 4500

A-3 하이퍼머(Hypermer) A60, HLB값 6.0, MW 15000

A-4 하이퍼머 B261, HLB값 8.0, MW 5000

A-5 하이퍼머 B246, HLB값 5.5, MW 5000

A-6 하이퍼머 L31, HLB값 7.1, MW 1100

A-7 플루로닉 L101, HLB값 4.5, MW 3800

A-8 하이퍼머 A409, HLB값 10.0, MW 9000

("플루로닉"은 아사히(Asahi) 일렉트로케미컬 인더스트리즈 컴퍼니 리미티드계의 폴리알콜계 계면활성제이고, "하이퍼머"는 아이시아이(ICI) 컴퍼니제의 에스테르계 계면활성제이다.)

B-1 폴리옥시에틸렌(20mol) 소르비탄 모노올레이트, HBL값 15.0

B-2 폴리옥시에틸렌(9mol) 노닐페닐 에테르, HBL값 13.0

B-3 폴리옥시에틸렌(30mol) 스테아레이트, HBL값 16.0

B-4 폴리옥시에틸렌(40mol) 소르비톨 테트라에스테르, HBL값 12.5

B-5 폴리옥시에틸렌(20mol) 소르비탄 트레올레이트, HBL값 11.0

C-1 2,4,7,9-테트라메틸-데센-4,7-디올

C-2 상기 물질에 에틸렌옥사이드 4mol을 가하여 얻은 계면활성제

C-3 3,6- 디메틸-4-옥텐-3,6-디올

C-4 상기 물질에 에틸렌옥사이드 7mol을 가하여 얻은 계면활성제

D 폴리옥시에틸렌(6mol) 노닐페닐 에테르, HLB값 10.8

E N,N-디메틸아미노폴리메타크릴레이트(WM 100,000)의 아세트산염

[냉간압연유]

각종 성능의 비교를 용이하게 하기 위해, 우지(tallow)에 스테아르산 3%를 가하여 얻은 혼합물에 각종 계면활성제를 가하여 시험에 사용한다.

[제1발명의 실시예]

실시예 1 A-1(1%), B-1(1%)

실시예 2 A-2(2%), B-2(3%)

실시예 3 A-3(0.3%), B-3(2%)

실시예 4 A-4(5%), B-4(2%)

[제2발명의 실시예]

실시예 5 A-5(1%), B-1(4%), C-3(1%)

실시예 6 A-3(1%), B-2(1%), C-1(5%)

실시예 7 A-4(3%), B-4(1%), C-4(0.1%)

실시예 8 A-2(2%), B-2(3%), C-2(9%)

[비교예]

비교예 1 A-3(0.1%), B-3(2%)

비교예 2 A-6(2%), B-4(3%)

비교예 3 A-7(2%), B-4(3%)

비교예 4 A-8(3%), B-2(2%)

비교예 5 A-7(3%), B-3(4%), C-2(0.05%)

비교예 6 A-4(3%), B-1(0.1%), C-4(1%)

비교예 7 A-4(3%), B-5(1%), C-3(2%)

비교예 8 D(3%)

비교예 9 E(2%)

비교예 10 시판용 우지계 냉간압연유(산가 5.8, 비누화값 196)

[성능시험]

1. 유화분산안정성

1) 시간에 따른 안정성

도면에 도시된 바와 같은 펌프순환시험기를 사용하여 유화분산성시험을 행한다. 본 시험방법에 있어서, 순환량에 대한 냉각액 탱크 용량의 비율 및 교반방법을 실제장치로 시뮬레이트한다.

조건 : 냉각액 농도 3%, 온도 60℃, 용량 30ι, 이온교환수 사용, 순환량 4ι/min

시험방법 : 새 오일을 사용하여 3시간 교반한 후, 현장에서 채취한 생성된 철분 1000ppm을 첨가한 다음, 다시 3시간 교반하여, 스프레이액 중의 분산유 입자의 평균입자직경에 대해 시간에 따른 변화를 콜 타르(coal tar) 카운터(TA-Ⅱ형)를 사용하여 조사한다. 또한, 상기 시험을 종류한 후에 교반기(제1도의 3)만을 정지시키고, 3시간 동안 순환시켜서 부동액을 형성시킨 후, 다시 1시간 동안 순환시킨 다음에 스프레이액의 농도를 측정한다.

2) 사용수질의 영향

A : 이온교환수

B : NaOH를 사용하여 이온교환수의 pH를 8로 조정하여 얻은 물

C : 경수(전 경도 150ppm)

상기 물을 분산수로서 사용하고, 상술한 시험에서와 동일한 조건하에서 새 오일을 사용하여 1시간 동안 펌프순환시험을 행한 후 평균입자직경을 확인한다.

2. 플레이트 아웃

각각의 시험용 냉각압연유 에멀션을 강판에 스프레이하여, 플레이트 아웃을 평가한다.

조건 : 농도 3%, 온도 60℃, 스프레이 유량 600cc/min 스프레이 시간 0.5초, 강판 온도 100℃

평가

윤활유의 부착량을 중량법으로 측정한다.

3. 압연시험

각각의 시험용 냉간압연유 에멀션을 사용하여 압연시험을 행하여 윤활성을 조사한다.

조건

에멀션 : 농도 3%, 온도 60℃

압연 롤 : 530mmΨ

압연 속도 : 1800mm

압연판 : SPCCB재 2×20×850mpm

드래프트 : 25%

평가

단위 폭당 압연하중으로 평가한다.

상기 시험결과에서와 같이, 본 발명의 강판용 냉간압연유는 유화분산안정성 및 플레이트 아웃이 우수하므로 윤활성이 우수하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 강판용 냉간압연유는 본 발명의 기본유와 배합된 특정 비이온성 계면활성제의 효과에 의해 유화분산안정성 및 플레이트 아웃이 우수하므로, 냉간압연작업에 있어서 윤활성의 향상 및 작업 안장성을 가져옴으로써 작업효율을 향상시킬 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.

Claims

기본유로서 동물유, 식물유, 광물유, 합성 에스테르 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 포함하는 냉간압연유 조성물에 있어서, 분자량이 2000∼15000이고 HLB값이 5∼9인 비이온성 계면활성제 0.2∼5wt.% 및 HLB값이 12∼16인 비이온성 계면활성제 0.2∼5wt.%를 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간압연유 조성물.
기본유로서 동물유, 식물유, 광물유, 합성 에스테르 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 포함하는 냉간압연유 조성물에 있어서, 분자량이 2000∼15000이고 HLB값이 5∼9인 비이온성 계면활성제 0.2∼5wt.% 및 HLB값이 12∼16인 비이온성 계면활성제 0.2∼5wt.% 및 아세틸렌 글리콜계 비이온성 계면활성제 0.1∼10wt.%를 함유하는 것을 특징으로 하는 냉간압연유 조성물.