RU2535490C1 - Cutting fluid for metal forming - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to a cutting fluid for metal forming, which contains water and oil with saponification number of not less than 130 mg KOH/g, with content of mechanical impurities of not more than 100 mg/l per 1% overall oil concentration, and further contains Taunit carbon nanotubes with concentration thereof of 1-1.2% and overall oil concentration of 1.25-1.5%.

EFFECT: high effectiveness of the cutting fluid while reducing content of oil therein when cold rolling metal strips and pipes and during metal working.

2 tbl

Description

Изобретение относится к жидкостям для смазки и охлаждения инструмента при обработке металлов давлением и может быть использовано при холодной прокатке полосовой стали и труб, а также при механической обработке металлов точением, сверлением, фрезерованием, шлифованием и др.The invention relates to liquids for lubrication and cooling of a tool during metal forming and can be used in cold rolling of strip steel and pipes, as well as in the mechanical processing of metals by turning, drilling, milling, grinding, etc.

Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов, содержащий жировые гудроны из отходов масложировой промышленности, щелочной агент в виде гидрооксида натрия, смазку в виде жидкого стекла и воду (RU 2368651 C1, МПК C10M 173/02, опубл. 27.09.2009). Недостатком концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (эмульсии) является недостаточная его эффективность при механической обработке металлов.Known concentrate cutting fluid (coolant) for machining metals, containing grease tars from waste oil industry, an alkaline agent in the form of sodium hydroxide, a lubricant in the form of liquid glass and water (RU 2368651 C1, IPC C10M 173/02, publ. 27.09 .2009). The disadvantage of the concentrate cutting fluid (emulsion) is its lack of effectiveness in the machining of metals.

Известна смазочно-охлаждающая жидкость, используемая при механической обработке металлов, которая имеет состав, мас.%: олеиновая кислота 2,2-2,4; гидроксид калия 0,6-0,8; алкилполиоксиэтиленфосфат 0,2-0,4; сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина 3,0-3,2; вода - остальное до 100 (RU 2461610 C1, МПК C10M 173/02, опубл. 23.06.2011). Недостатком смазочно-охлаждающей жидкости являются недостаточные антикоррозионные и смазочные свойства.Known cutting fluid used in the machining of metals, which has a composition, wt.%: Oleic acid 2.2-2.4; potassium hydroxide 0.6-0.8; alkyl polyoxyethylene phosphate 0.2-0.4; monoethanolamine succinate polyethylene glycol 3.0-3.2; water - the rest is up to 100 (RU 2461610 C1, IPC C10M 173/02, publ. 06/23/2011). The disadvantage of the cutting fluid is insufficient corrosion and lubricating properties.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту, взятым за прототип, является смазочно-охлаждающая эмульсия (жидкость) для холодной прокатки, содержащая воду и масло с числом омыления не менее 130 мг КОН/г, при содержании в эмульсии механических примесей не более 100 мг/л на 1% общей концентрации масла (RU 2322482 C2, МПК C10M 173/00, опубл. 20.04.2007).The closest analogue to the claimed object, taken as a prototype, is a lubricating-cooling emulsion (liquid) for cold rolling, containing water and oil with a saponification number of at least 130 mg KOH / g, with a content of mechanical impurities of not more than 100 mg / l 1% of the total oil concentration (RU 2322482 C2, IPC C10M 173/00, publ. 04/20/2007).

Недостатком смазочно-охлаждающей эмульсии является недостаточная эффективность для холодной прокатки.A disadvantage of the cooling lubricant emulsion is the lack of efficiency for cold rolling.

Задачей изобретения является повышение эффективности СОЖ при снижении содержания масла в ней при холодной прокатке металлических полос и труб, а также при металлообработке.The objective of the invention is to increase the efficiency of the coolant while reducing the oil content in it during the cold rolling of metal strips and pipes, as well as in metal processing.

Технический результат достигается, тем, что смазочно-охлаждающая жидкость для холодной прокатки содержит воду и масло с числом омыления не менее 130 мг КОН/г, при содержании механических примесей не более 100 мг/л на 1% общей концентрации масла, в отличие от прототипа, она дополнительно содержит углеродные нанотрубки типа «Таунит» при их концентрации - 1-1,2% и общей концентрации масла 1,25-1,5%.The technical result is achieved in that the cutting fluid for cold rolling contains water and oil with a saponification number of at least 130 mg KOH / g, with a content of mechanical impurities of not more than 100 mg / l per 1% of the total oil concentration, in contrast to the prototype , it additionally contains carbon nanotubes of the Taunit type at a concentration of 1-1.2% and a total oil concentration of 1.25-1.5%.

По физическим свойствам наноматериал, состоящий из нанотрубок типа «Таунит», - это порошок черного цвета, нейтральный, хорошо смешивается с водой и др. жидкостями, обладает высокой прочностью, антикоррозионной стойкостью. Промышленная технология производства углеродных наноматериалов, состоящих из нанотрубок «Таунит», разработана совместно Институтом РАН им. Иоффе, Институтом физики твердого тела, Курчатовским центром (А. Ткачев, С. Мищенко / Промышленное производство графенового наноструктурированного материала Таунит // Научно- технический Журнал «Наноиндустрия», - 2007, №2).According to its physical properties, the nanomaterial consisting of Taunit type nanotubes is a black powder, neutral, mixes well with water and other liquids, has high strength, and corrosion resistance. The industrial technology for the production of carbon nanomaterials consisting of Taunit nanotubes was developed jointly by the Russian Academy of Sciences named after Ioffe, Institute of Solid State Physics, Kurchatov Center (A. Tkachev, S. Mishchenko / Industrial production of graphene nanostructured material Taunit // Scientific and Technical Journal "Nanoindustry", - 2007, No. 2).

Способность графеновых нанотрубок к смешиванию с водой позволяет получить смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) с улучшенными смазочными и антифрикционными свойствами.The ability of graphene nanotubes to mix with water makes it possible to obtain a cutting fluid (coolant) with improved lubricating and antifriction properties.

В предлагаемом составе СОЖ при концентрации нанотрубок типа «Таунит» менее 1-1,2% необходимо увеличение концентрации масла в жидкости выше 1,25-1,5% (например, как в прототипе - 2,5-3,0%).In the proposed composition of the coolant at a concentration of nanotubes of the type "Taunit" less than 1-1.2%, it is necessary to increase the concentration of oil in the liquid above 1.25-1.5% (for example, as in the prototype - 2.5-3.0%).

При концентрации нанотрубок типа «Таунит» более 1-1,2% необходимо снизить концентрацию масла в жидкости ниже 1,25-1,5%. Однако при этом СОЖ не будет обладать необходимыми смазочными свойствами.When the concentration of nanotubes of the Taunit type is more than 1-1.2%, it is necessary to reduce the concentration of oil in the liquid below 1.25-1.5%. However, the coolant will not have the necessary lubricating properties.

Пример. Смазочно-охлаждающую жидкость готовят следующим образом. Приготавливают техническую воду с общей жесткостью 2-7 мг-экв/дм³ и pH7. В верхнее отверстие емкости, предназначенной для приготовления эмульсии, заливают определенный объем подогретой воды до температуры 20-35°C и включают лопастную мешалку, которая производит перемешивание. Затем через отверстие в емкость с водой при энергичном перемешивании мешалкой тонкой струей льют масло Индустриальное - 20, предварительно отмеренное дозиметром в количестве, чтобы обеспечить пропорцию 97,5-97,75% воды, 1,25-1,5% масла. Далее через второе отверстие добавляют в емкость предварительно отмеренный на аналитических весах по масс.% 1-1,2 углеродный наноматериал «Таунит» и производят перемешивание мешалкой в течение 1,5 часов.Example. Cutting fluid is prepared as follows. Industrial water is prepared with a total hardness of 2-7 mEq / dm ³ and pH7. A certain volume of heated water is poured into the upper opening of the container intended for preparation of the emulsion to a temperature of 20-35 ° C and a paddle mixer is used, which produces mixing. Then through the hole in the container with water with vigorous stirring with a stirrer a fine stream is poured Industrial oil - 20, pre-measured by the dosimeter in an amount to provide a proportion of 97.5-97.75% water, 1.25-1.5% oil. Then, through the second opening, carbon nanomaterial “Taunit”, previously measured on an analytical balance by mass% of 1-1.2, is added to the vessel and stirring is carried out by the mixer for 1.5 hours.

При использовании смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) для холодной прокатки тонких стальных лент уменьшается удельное давление металла на валки, уменьшается износ бочек рабочих валков, улучшается качество прокатываемых полос. При снижении удельных давлений удлиняется срок службы валков, снижаются их поломки, выкрашивание. Снижение давления прокатки от действия контактных сил трения позволяет значительно повысить вытяжку и обжатие, например, прокатываемой жести.When using cutting fluids (coolant) for cold rolling thin steel strips, the specific pressure of the metal on the rolls decreases, the wear of the barrels of the work rolls decreases, and the quality of the rolled strips improves. With a decrease in specific pressures, the service life of the rolls is lengthened, their breakdown, chipping is reduced. Reducing the rolling pressure from the action of contact friction forces can significantly increase the drawing and compression, for example, rolled sheet.

Режим прокатки жести на пятиклетьевом стане 1200 ОАОММК из стали 08кп, шириной 730 мм по традиционной технологии с использованием СОЖ (вода-масло) представлен в таблице 1 (С.П. Антонов, М.И. Бояршинов, А.Ф. Пименов / Холодная прокатка жести. - М.: Металлургия. - 1965, с.21).The regime for rolling sheet metal on a five-stand mill 1200 of OJSCMMK from 08kp steel, 730 mm wide by traditional technology using coolant (oil-water) is presented in Table 1 (S.P. Antonov, M.I. Boyarshinov, A.F. Pimenov / Cold rolling of tin. - M.: Metallurgy. - 1965, p.21).

Таблица 1Table 1 № клетиStand number h₀ h ₀ h₁ h ₁ ΔhΔh ∈∈ -- ммmm ммmm ммmm %% 1one 2,22.2 1,61,6 0,60.6 27,327.3 22 1,61,6 1,01,0 0,60.6 37,537.5

33 1,01,0 0,650.65 0,350.35 3535 4four 0,650.65 0,40.4 0,250.25 38,538.5 55 0,400.40 0,250.25 0,150.15 37,537.5

В таблице h₀, h₁ - толщина полосы до и после прокатке в клети прокатного стана, Δh=h₀-h₁ - абсолютное обжатие, ∈=100 Δh/h₀.In the table, h ₀ , h ₁ is the thickness of the strip before and after rolling in the stands of the rolling mill, Δh = h ₀ -h ₁ is the absolute compression, ∈ = 100 Δh / h ₀ .

Режим прокатки жести на пятиклетевом стане 1200 ОАО ММК из стали 08кп, шириной 730 мм с использованием СОЖ (вода-масло-нанот-рубки графена «Таунит») представлен в таблице 2.The mode of rolling of tin at the five-stand mill 1200 of OJSC MMK from 08kp steel, 730 mm wide using coolant (water-oil-nanot-chopping graphene “Taunit”) is presented in Table 2.

Таблица 2table 2 № клетиStand number h₀ h ₀ h₁ h ₁ ΔhΔh ∈∈ -- ммmm ммmm ммmm %% 1one 2,22.2 1,61,6 0,60.6 27,327.3 22 1,61,6 1,01,0 0,60.6 37,537.5 33 1,01,0 0,650.65 0,350.35 3535 4four 0,650.65 0,380.38 0,270.27 41,541.5 55 0,380.38 0,220.22 0,160.16 42,142.1

В таблице h₀, h₁ - толщина полосы до и после прокатке в клети прокатного стана, Δh=h₀-h₁ - абсолютное обжатие, ∈=100 Δh/h₀.In the table, h ₀ , h ₁ is the thickness of the strip before and after rolling in the stands of the rolling mill, Δh = h ₀ -h ₁ is the absolute compression, ∈ = 100 Δh / h ₀ .

Сравнительный анализ данных, приведенных в таблицах 1 и 2, показывает, что при прокатке по традиционной технологии с использованием СОЖ (вода-масло) конечная толщина жести равна 0,25 мм, а при прокатке жести использованием СОЖ (вода-масло-нанотрубки графена «Таунит») конечная толщина жести равна 0,22 мм.A comparative analysis of the data shown in tables 1 and 2 shows that when rolling according to traditional technology using coolant (water-oil), the final thickness of the sheet is 0.25 mm, and when rolling sheet using coolant (water-oil-graphene nanotubes " Taunit ") the final thickness of the sheet is 0.22 mm.

Кроме того, сравнительный анализ данных, приведенных в таблицах 1 и 2, также показывает, что при использовании СОЖ (вода-масло-нанотрубки графена «Таунит») в 4 и 5 проходах, что абсолютное обжатие увеличивается соответственно на 0,02 мм и 0,01 мм, относительное обжатие увеличивается соответственно на 3,0% и 4,6%.In addition, a comparative analysis of the data shown in tables 1 and 2 also shows that when using coolant (water-oil-nanotubes of graphene “Taunit”) in 4 and 5 passes, the absolute compression increases by 0.02 mm and 0, respectively , 01 mm, the relative compression increases by 3.0% and 4.6%, respectively.

Таким образом, использование СОЖ с нанотрубками «Таунит» при холодной листовой прокатке позволяет получить более тонкий металлический лист, что способствует значительной экономии металла при изготовлении металлической тары при производстве, например, металлической упаковки консервов.Thus, the use of coolant with Taunit nanotubes during cold sheet rolling allows one to obtain a thinner metal sheet, which contributes to significant metal savings in the manufacture of metal containers in the production of, for example, metal packaging of canned food.

Claims (1)

Смазочно-охлаждающая жидкость для обработки металлов давлением, содержащая воду и масло с числом омыления не менее 130 мг КОН/г, при содержании механических примесей не более 100 мг/л на 1% общей концентрации масла, отличающаяся тем, что дополнительно содержит углеродные нанотрубки типа «Таунит» при их концентрации - 1-1,2% и общей концентрации масла 1,25-1,5%. Cutting lubricant for metal forming, containing water and oil with a saponification number of at least 130 mg KOH / g, with a content of mechanical impurities of not more than 100 mg / l per 1% of the total oil concentration, characterized in that it additionally contains carbon nanotubes of the type “Taunit” at their concentration of 1-1.2% and a total oil concentration of 1.25-1.5%.