JP2570072B2 - 鋼材の熱間圧延加工用潤滑剤組成物 - Google Patents
鋼材の熱間圧延加工用潤滑剤組成物Info
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- Lubricants (AREA)
Description
を含む各種鋼材の鋼板圧延、さらには形鋼圧延、線材圧
延、製管などの孔形圧延において、焼付き防止や摩耗低
減等の潤滑効果を発揮する熱間圧延加工用潤滑剤組成物
に関する。本発明の潤滑剤組成物は潤滑効果が非常に高
く、焼付きが起こり易いステンレス鋼の熱間圧延に特に
好適である。
ルに被圧延材が焼き付くと、圧延ロール表面に各種肌荒
れが発生し、これが鋼材表面にプリントされて圧延製品
の表面疵となる。この表面疵が発生した圧延製品は表面
の研磨作業で手入れするが、疵手入れのための大幅な工
数増加を伴い、また疵発生の激しいものはスクラップに
せざるを得ないため、かなりのコスト高を招いている。
疵は、特にステンレス鋼の熱間圧延において大きな問題
となっている。ステンレス鋼は、一般に重量で13%以
上のCrを含有する化学組成を持ち、鋼の表面に安定な
クロム酸化保護膜を形成し表面を不働態化することによ
って優れた耐食性、耐酸化性を発揮する。しかし、この
表面酸化膜は炭素鋼のそれに比べると著しく薄く、しか
も熱間の変形抵抗が高い。したがって、熱間圧延時に表
面酸化膜が剥離し、圧延ロールとの金属間接触を起こし
易く、その結果焼付きが発生してロール肌荒れを生じ、
圧延製品の表面疵を生じるのである。このようにステン
レス鋼材は焼付きが起こり易い上、ステンレス鋼製品に
は特に美麗な表面肌が要求されることもあって、ロール
との焼付きがステンレス鋼の熱間圧延で特に問題となる
のである。
レス鋼の熱間圧延に限ったことではなく、普通鋼や特殊
鋼の熱間圧延においても生じることがある。すなわち、
近年の高生産性、高品質化、低コスト化が指向される
中、これまで以上に高速、高圧下圧延が実施されるよう
になった。このため圧延負荷が増大し、熱間圧延時に焼
付きが発生し易くなっている。さらに、最近では、スケ
ジュールフリー圧延や新熱間圧延機、新耐摩耗ロールの
開発などにより、これまで以上に焼付き防止が重要な課
題となっている。
熱間圧延油などの潤滑剤の使用、ロール冷却の最適化、
圧延操業条件の見直し等が実施されている。特に、圧延
ロールと被圧延鋼材との摩擦力を低減させ、ロールの肌
荒れ防止と摩耗低減により圧延製品品質を向上させる目
的で、潤滑剤を圧延ロールまたはその補強ロールに供給
することが有効であるとされてきた。
特開昭47−18907号公報には、天然脂肪油に少量
(全体の0.1〜10重量%)の水置換剤と、場合によ
りさらに鉱物性潤滑油を配合した潤滑剤組成物が提案さ
れている。水置換剤としては、油溶性スルホネート塩
(例、石油スルホン酸の金属塩)が使用されている。ま
た、10μm程度の微粉状炭酸カルシウムを水または潤
滑油基油に分散させた潤滑剤が、特公昭62−1459
8号、特公昭62−39198号、特公昭62−391
99号の各公報に記載されている。
低下させる作用は認められるものの、充分な焼付き防止
効果が得られていないのが現状である。また、これらの
潤滑剤は、炭素鋼の熱間圧延加工時の潤滑を目的とした
ものであり、ステンレス鋼の熱間圧延に使用すると、被
圧延材が圧延作業ロール表面に激しく焼付き、圧延製品
に疵を生じる。さらに圧延ロールの摩耗も大きいため圧
延効率が極めて低下する等の問題があり、ステンレス鋼
の熱間圧延には使用できない。
は、特開昭63−254195号公報に潤滑油中に酸化鉄粉末を
分散させたものが、特開平1−167396号公報には黒鉛粉
末を粘性水溶液中に分散させたものが提案されている。
の直接接触状態を抑制するために酸化鉄粉末を分散させ
ても、ロールへの焼付きやロール摩耗を充分防止できる
だけの効果が得られていない。また、黒鉛は摩擦係数が
極端に低いため、圧延開始時の被圧延材のかみ込み不良
や圧延中のスリップ発生の原因となるため、焼付き防止
効果と摩耗低減効果とを発揮させるのに十分な量で黒鉛
を含有させることができないでいる。
ンレス鋼を含む各種鋼材の熱間圧延加工において、被圧
延材の圧延ロール表面への焼付きを防止すると同時に、
ロール摩耗を大幅に低減することができ、それにより圧
延製品品質と作業効率との向上が可能となる熱間圧延加
工用潤滑剤組成物を提供することにある。
達成が可能な潤滑剤組成物を探究した結果、高塩基性ス
ルホネート金属塩を高い割合で含有する潤滑剤組成物
が、鋼材の圧延ロールへの焼付きの防止とロール摩耗の
大幅な低減に有効であり、ステンレス鋼の熱間圧延にお
いても被圧延材の圧延ロールへの焼付きを防止し、摩耗
を大幅に低減することができ、圧延製品品質の大幅な向
上が可能となることを見出した。
H/g 以上の高塩基性スルホネート金属塩(金属はCa、B
a、Mgの1種もしくは2種以上)を組成物全重量に基づ
いて20〜70重量%の割合で含有することを特徴とする鋼
材の熱間圧延加工用潤滑剤組成物である。
属塩とは、金属塩が1種類である場合には、塩基価(J
IS K2501に規定の電位差滴定法により測定)が
40mg−KOH/g以上であるCaスルホネート、B
aスルホネートまたはMgスルホネートを意味する。こ
れらの金属塩を2種以上使用する場合には、塩基価の重
みつき平均値(それぞれの量を加味した平均値、以下で
は単に平均値という)が40mg−KOH/g以上であ
ればよい。即ち、この場合には、塩基価が高いものを併
用することにより、塩基価が40mg−KOH/g未満
のものを混ぜることができる。
ト金属塩として、特に潤滑効果が高い高塩基性Caスルホ
ネートを使用する。
基性スルホネート金属塩を使用する点に特徴がある。
発煙硫酸またはSO3ガスによりスルホン化して得た親
油性の石油スルホン酸を中和して金属塩(金属=Ca、
Ba、Mg)としたものであり、エンジン油等の潤滑油
の清浄分散剤として開発された。このスルホネート金属
塩(例、Caスルホネート)を炭酸ガスの存在下でさら
にアルカリ土類金属の酸化物または水酸化物[例、Ca
OまたはCa(OH)2]と反応させると、高塩基性ス
ルホネート金属塩が得られる。この高塩基性スルホネー
ト金属塩(例、高塩基性Caスルホネート)は、正塩の
スルホネート金属塩(例、Caスルホネート)に比べ
て、3〜15倍もの多量の過剰金属(例、Ca)を含有
する。この過剰の金属は、主として炭酸塩(例、CaC
O3)の形で、粒径150Å以下のコロイド分散体とし
て油中(基油中)に分散している。
塩の原料アルキル芳香族は特に制限されず、従来品と同
様、鉱油の潤滑油留分、合成系化合物 (例、アルキルベ
ンゼン、ポリオレフィンをベンゼンにアルキル化したも
の、ジノニルナフタレン等)のいずれも使用できる。
優れているため、鋼材の熱間圧延温度においても完全に
は燃焼あるいは分解せず、流体あるいは流体に近い状態
で存在して潤滑に寄与することにより、潤滑主剤として
優れた潤滑性を発揮することが判明した。その上、鋼材
表面の金属や酸化物に対する反応性や吸着性を有するの
で、表面に潤滑性の反応被膜を形成することによって、
摩擦界面 (ロール/鋼材間) での金属間の直接接触状態
を抑制することができ、焼付き防止や摩耗低減効果を発
揮する。
上記のように、金属炭酸塩(CaCO3,BaCO3, MgCO3) の粒
径150 Å以下の微粒子を含有する。この炭酸塩微粒子
は、高塩基性スルホネート金属塩を製造する過程で自然
に析出したものであり、基油中でコロイド状分散体を形
成している。この金属炭酸塩は、熱間圧延時の高温下で
は相当する酸化物(CaO, BaO, MgO) に解離する。
酸化物の微粒子自体には、なんら潤滑効果はないが、高
塩基性スルホネート金属塩の持つ金属および酸化物に対
する高い反応性や吸着作用による潤滑効果をより発揮し
易くするため、高塩基性スルホネート金属塩を摩擦界面
に運ぶキャリアー(運び手)としての役割を果たしてい
る。こうして、高塩基性スルホネート金属塩がロール/
鋼材間の摩擦界面に均一に導入されることにより、その
潤滑作用が一層効果的になる。
の金属塩自体の優れた潤滑作用と、油中でコロイド状分
散体を形成した粒径150 Å以下の析出炭酸塩が示すキャ
リアー作用との相乗効果によって、鋼材に対する耐焼付
き性、耐摩耗性向上効果が顕著になるのである。
の潤滑作用は、前述した特公昭62−14598 号公報などに
記載されている、別途用意した粒径1〜10μm程度の微
粉状炭酸カルシウムを潤滑油基油に分散させた従来の潤
滑剤とは明らかに異なる。この従来の潤滑剤では、炭酸
カルシウムの粉末そのものが潤滑効果を発揮するとされ
ているからである。
ともと清浄分散剤として開発されたものであるため、強
い分散清浄作用を有し、圧延後に鋼材表面に残留した酸
化膜や摩耗粉などの異物を取り除くことができ、そのた
め、鋼材表面での異物の残留により起こるスケール疵の
防止にも有効である。
は、熱間圧延時の鋼材の圧延用作業ロールへの焼付きを
防止し、ロール摩耗を大幅に低減させることができると
同時に、これを用いて圧延した後の鋼材表面は酸化膜の
残留等による汚れが少なく、その結果、焼付き疵とスケ
ール疵の両者が効果的に防止され、良好な圧延製品品質
を確保することができる。
明の潤滑剤組成物中に組成物全重量の20〜70重量%の割
合で含有させる。この含有量が20重量%未満では、ロー
ル摩耗量が多くなり、焼付きも充分に防止できない。一
方、高塩基性スルホネート金属塩の含有量が70重量%を
超えると、組成物が高粘度化し、潤滑剤を供給しにくく
なる。高塩基性スルホネート金属塩の好ましい含有量は
30〜60重量%である。3種類の金属塩 (Ca塩、Ba塩、Mg
塩) の潤滑性を同一重量比、同一塩基度で比べた場合、
Ca塩が最も潤滑性が高い。従って、ステンレス鋼のよう
に特に焼付きが起こり易い鋼材、或いは圧延負荷が特に
厳しい場合には、高塩基性スルホネート金属塩としてCa
塩を使用することが好ましい。
基価(2種以上使用する場合は平均塩基価)は、40mg-K
OH/g以上であれば特に限定されない。塩基価が40 mg-KO
H/gを下回ると、熱間圧延加工用潤滑剤に要求される潤
滑作用を発揮しえなくなる。高塩基性スルホネート金属
塩の潤滑性は塩基価が高くなるほど向上し、特に塩基価
200 mg-KOH/g以上のものが焼付き防止能、耐摩耗性に優
れている。好ましい塩基価は 200〜500 mg-KOH/gの範囲
内である。
性スルホネート金属塩の摩擦界面への導入を助けるキャ
リアーとして作用する金属炭酸塩(CaCO3, BaCO3, MgC
O3) またはそれから解離した金属酸化物(CaO, BaO, Mg
O) の量が少なくなり、高塩基性スルホネート金属塩の
摩擦界面への導入量が低下するので、ロール摩耗の低減
と焼付きの防止が不十分となる場合がある。しかし、軽
加工や加工性が比較的良好な鋼材の場合には、塩基価が
200 mg-KOH/g未満の高塩基性スルホネート金属塩でも有
効に使用できる。
基性スルホネート金属塩は、圧延加工用潤滑剤としての
適切な機能、例えば粘度等を有するものが現状技術レベ
ルでは製造できない。従って、製造技術上可能になれ
ば、塩基価が500 mg-KOH/g超のものも使用できよう。な
お、高塩基性スルホネート金属塩は、各種の塩基価のも
のが清浄分散剤として市販されており、市販品を利用す
ることもできる。
属塩の潤滑性は、金属種が同一であれば、塩基価に依存
する。高塩基性スルホネート金属塩は潤滑性が非常に高
いので、ロールや鋼材の材質あるいは圧延条件によって
は、塩基価が非常に高い高塩基性スルホネート金属塩を
供給すると、摩擦界面での摩擦係数が小さくなりすぎ、
圧延開始時に鋼塊の圧延ロールへのかみ込みが不良とな
ったり、圧延中にスリップが発生する場合がある。この
傾向は、特に被圧延材が炭素鋼である場合に起こり易
い。
み込み不良やスリップの防止のために、高塩基性スルホ
ネート金属塩中に析出した金属炭酸塩を粒成長させても
よい。炭酸塩を粒成長させる方法としては、高塩基性ス
ルホネート金属塩に水やメタノール等の極性物質を成核
剤として添加し、150 Å以下の炭酸塩微粒子の結晶粒成
長を促進させる方法などが利用できる。
成長させても、粒径が5000Å以下、好ましくは500 Å以
下であれば、高塩基性スルホネート金属塩が示す鋼材に
対する良好な耐焼付き性・耐摩耗性向上効果を著しく低
下させずに、前記のかみ込み不良やスリップを防止する
ことができる。しかし、高塩基性スルホネート金属塩の
潤滑性を最大限に発揮させるには、このような粒成長を
行わず、金属炭酸塩の粒径が150 Å以下のままで高塩基
性スルホネート金属塩を使用することが好適である。
一般に使用される潤滑油基油に高塩基性スルホネート金
属塩を混合することにより製造される。高塩基性スルホ
ネート金属塩(Caスルホネート、Baスルホネート、
Mgスルホネート)の配合量(2種以上使用する場合に
は合計量)は、前述のように、組成物全重量の20〜7
0重量%となる量である。
ート金属塩の潤滑性は、Ca塩、Mg塩、Ba塩の順に小さく
なり、さらに塩基度により変動する。また、従って、適
用する熱間圧延に要求される潤滑性能の程度に応じて、
使用する高塩基性スルホネート金属塩の金属種や塩基価
を調整することが望ましい。例えば、焼付きが起こり易
いステンレス鋼の熱間圧延においては、塩基価200 mg-K
OH/g以上のCaスルホネートを含有させることが望まし
い。高塩基性スルホネート金属塩の塩基価の調整にあた
っては、特に幅広い塩基価のスルホネートが製造可能な
Caスルホネート、Mgスルホネートをベースにして行うと
よい。
のみからなる組成物でも充分に有効であるが、必要に応
じて、さらに他の1種もしくは2種以上の添加剤を配合
しても良い。適当な添加剤としては、固体潤滑剤、極圧
添加剤、酸化防止剤、流動点降下剤、粘度指数向上剤等
を配合することができる。
油、ナタネ油、ラードオイル等の油脂類、高級脂肪酸お
よびそのエステル類等が使用でき、1種でも、2種以上
の混合物でもよい。また市販の熱間圧延油をそのまま基
油として使用することもできる。固体潤滑剤の例として
は、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、雲母、タルク
等が挙げられる。極圧添加剤の例としては、硫化油脂、
硫化鉱油、ジノニルポリサルファイド等の硫黄系極圧添
加剤、トリクレジルホスフェート、リン酸ジオクチル等
のリン酸系極圧添加剤が挙げられる。
−ビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール) 等のビスフ
ェノール類、ジ−tert−ブチルクレゾール等のアルキル
フェノール類、ナフチルアミン類等が挙げられる。流動
点降下剤、粘度指数向上剤の例としては、ポリメタクリ
レート、ポリオレフィン等が挙げられる。
度、極圧添加剤の添加量は約1〜15重量%程度、酸化防
止剤の添加量は約0.01〜1.0 重量%程度、流動点降下
剤、粘度指数向上剤の添加量は、それぞれ約1〜5重量
%程度である。
ス鋼はもとより、特に自動車排ガス用材料などに使用さ
れるCr含有量20重量%以上の高耐食性ステンレス鋼
(例、20%Cr鋼、20%Cr-2%Mo鋼、20%Cr-5%Al鋼など)
の熱間圧延や、炭素鋼の低温圧延、高圧下圧延などの
高負荷圧延において、その効果を特に顕著に発揮する。
もちろん、一般の鋼材の通常圧延時の熱間圧延潤滑法に
利用してもその効果は絶大である。また、板圧延のみな
らず、形鋼、線材、管材の孔形圧延などにも有用であ
る。
は、要求される粘度や濃度に応じて、圧縮空気と混合し
て噴霧状にして供給するエアーアトマイズ法や、水と混
合して供給するウォーターインジェクション法、さらに
は加熱蒸気で噴霧化して供給するスチームアトマイズ法
等が可能であり、いずれの方法でも本発明の顕著な潤滑
効果を得ることができる。もちろん、原液のまま供給す
る方法でもよく、上記以外の一般的な給油方式を使用し
てもよい。原液で供給する場合には、必要に応じて、本
発明の潤滑剤組成物を分散剤により水に分散させ水溶性
タイプにして、多少不燃性化してもよい。
詳しく説明する。
0、比較例1〜2の潤滑剤組成物を、ホモミキサーによ
る成分の混合により調製した。表1には、使用した塩基
性スルホネート金属塩の種類とその塩基価 (2種以上の
スルホネート金属塩を使用した場合には、平均塩基価)
を示す。配合は、塩基性スルホネート金属塩40重量%と
市販熱間圧延油60重量%からなる一律割合とした。使用
した市販熱間圧延油は鉱物油、菜種油、α−オレフィン
重合油からなる混合物であった。
基価が300 または400 mg-KOH/gで高塩基性スルホネート
金属塩の含有量を変更した発明例11〜14と比較例3〜
4、さらに公知のステンレス鋼圧延用潤滑剤である従来
例1〜2を調製した。その配合組成を表2に示す。
各潤滑剤組成物を使用して、次の試験1〜3の圧延試験
を行い、潤滑性を調べた。
鋼板圧延において、仕上タンデムミルの前段3つの4段
式熱間鋼板圧延機の上下の圧延用高Cr鋳鉄 (主成分:2.8
%C-18%Cr) 製ロールに、エアーアトマイズ方式の潤滑剤
供給装置を使用して、表1および表2に示す20種類の潤
滑剤組成物を、JIS SUS 304 ステンレス鋼および普通鋼
(0.08%C-1.0%Mg) (それぞれ約2000トンおよび3000ト
ン) の各薄物仕上げ (1.6 mm厚)圧延時に供給し、圧延
用ロールの焼付きと圧延酸洗後の鋼板表面性状 (表面疵
の有無) を、目視観察により調べた。また、圧延後の圧
延ロールの摩耗を調べるために、仕上げ2号スタンドの
上下圧延ロールの最大摩耗深さをプロフィールメータに
より測定し、その平均値を求めて、ロール最大摩耗深さ
とした。
および表4 (普通鋼) に示す。発明例の場合は、いずれ
も圧延ロールの焼付きはほぼ防止され、鋼板表面にも疵
は発見されなかった。また、ロールの摩耗量も、比較
例、従来例に比べ著しく低減していることもわかる。
ら、高塩基性スルホネート金属塩を20〜70重量%含有し
た潤滑剤 (特に、30〜60重量%) が大きな潤滑効果を発
揮することも立証される。
7と塩基価 200〜500 mg-KOH/gの本発明例2、3、4、
6、8、9、10との比較からわかるように、塩基価が 2
00〜500 mg-KOH/gの高塩基性スルホネート金属塩が一段
と潤滑効果 (耐摩耗性、耐焼付き性) に優れる。
らなる発明例5は、本発明例の中ではややその効果が劣
り、ロールに軽微な焼付きが発生したが、圧延製品性状
には影響なかった。即ち、この場合でも従来の潤滑剤に
比べると、潤滑性は優れていることがわかる。
の焼付き防止能、摩耗低減能は、使用条件 (例えば各炭
酸塩の解離に及ぼす温度などの影響) にもよるがほぼCa
スルホネート、Mgスルホネート、Baスルホネートの順と
なることもこの結果から判明しており、これを参考にし
てより有効な塩基価、含有量の調整が行える。
摩耗性ともに充分でないこともわかる。なお、圧延用ロ
ールとして高炭素系高速度鋼 (ハイス) ロール、高合金
グレン鋳鉄ロール、アダマイトロールなど他の圧延ロー
ルを使用した場合にも、高Cr鋳鉄ロールを使用した場合
と同様の結果が得られている。
管 (SUS 304 ステンレス鋼、普通鋼) の熱間圧延時に、
全圧延スタンドの孔型ロール (サイザーロール、マンド
レルミルロール等) に対して、実施例1および実施例2
に示す各潤滑剤をウォーターインジェクション方式の給
油装置により供給したところ、試験1と同様、発明例の
潤滑剤を供給した場合には高Cr鋳鋼ロールに焼付きは全
く発生せず、製品にも疵は観察されなかった。一方、比
較例や従来例の潤滑剤を供給した場合には、ロールに激
しい焼付きと大きな摩耗が発生し、当然の如く、製品に
も疵が認められた。
ス鋼 (SUS 304 、SUS 430 等) や普通鋼のH形鋼熱間圧
延時に、仕上圧延機の水平ロールと竪ロールに対して、
実施例1および実施例2に示した各潤滑剤をウォーター
インジェクション方式の給油装置により供給したとこ
ろ、試験1と同様、発明例の潤滑剤を供給した場合には
いずれのロールにも焼付きは発生せず、摩耗も少なく、
製品にも疵は観察されなかった。一方、比較例や従来例
の潤滑剤を供給した場合、いずれのロールにも激しい焼
付きと大きな摩耗が発生した。圧延製品にも、コイルグ
ラインダーによる疵の手入れが必要な激しい疵が発生し
た。
基性スルホネート金属塩を20〜70重量%含有する潤滑剤
組成物を使用して鋼材の熱間圧延加工を行うと、ステン
レス鋼の圧延や高負荷条件下での圧延のように焼付きが
起こり易い圧延条件下であっても、鋼材の圧延用ロール
への焼付き防止、圧延用ロールの摩耗の大幅な低減、圧
延時の摩擦力の低減に対して優れた効果を発揮する潤滑
剤組成物を得ることができる。その結果、圧延製品品質
が向上し、作業効率が向上する。
Claims (1)
- 【請求項1】 塩基価40 mg-KOH/g 以上の高塩基性スル
ホネート金属塩(金属はCa、Ba、Mgの1種もしくは2種
以上)を組成物全重量に基づいて20〜70重量%の割合で
含有することを特徴とする鋼材の熱間圧延加工用潤滑剤
組成物。
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