CN101627108B - 用于加工金属材料的润滑剂和使用该润滑剂加工金属材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于金属材料加工的润滑剂，其包含由至少一种链烷烃组成的润滑剂基础油和以润滑剂总重量的2-20wt％的比例添加到该润滑剂基础油的改性剂油。该改性剂油包括(a)硫类极压剂、(b)防锈剂和(c)钙成分。硫含量为改性剂油总重量的0.5-20wt％。防锈剂含量为改性剂油总重量的0.1-15wt％。此外，钙含量为改性剂油总重量的0.1-15wt％。

Description

用于加工金属材料的润滑剂和使用该润滑剂加工金属材料的方法
技术领域
本发明涉及用于加工(例如，压力加工)金属材料(也称为金属加工)的润滑剂。更具体的是，本发明涉及用于在零下温度(subzero)下加工高拉伸强度钢板的润滑剂。此外，本发明涉及用于使用该润滑剂加工金属材料的方法。
背景技术
近年来，当使用加工工具(模具)加工金属材料时，通常省略润滑剂以降低加工成本。即，该金属材料通常通过干法加工来加工。然而，如果不使用润滑剂来加工金属材料(即，如果在预先施涂的防锈油的帮助下加工金属材料)，因为缺乏润滑性，金属材料不能适当地得到加工，从而在成形产品中产生开裂和卡死。此外，此润滑性缺乏可加剧金属材料和加工工具之间的摩擦。此摩擦可严重降低成形模具的使用寿命。
为解决这些问题，存在开发在金属材料加工期间提供优良润滑性的润滑剂或防锈剂的需要。至今已开发一些特殊润滑剂。例如，日本特开专利公布号10-279979教导用于金属材料压力成形的防锈油溶液。这种油溶液含防锈剂、超碱性磺酸钙、硫类极压剂和硼酸钾。然而，这种油溶液含与污染物质排放转移登记制度(Pollutant Release and Transfer Register)(PRTR)有关的硼化合物(硼酸钾)。因此，这种油溶液从环境保护的观点是不利的。
金属材料加工的后处理可例如包括镀覆或涂布产品的步骤。当镀覆或涂布产品作为后处理时，金属材料必须通过干法加工来加工，因为残留在产品上的润滑剂可能在产品的镀覆膜或涂布膜上导致不利作用(例如，表面不规则和不良粘附)。如果金属材料使用润滑剂加工，残留在产品上的润滑剂必须在产品被镀覆或涂布之前从该产品上除去或洗去。然而，该步骤可导致成本增加。
近年来，从考虑环境关注和生产效率的观点，已开发一些用于金属加工的快干润滑剂。已知的快干润滑剂通常可包含可在常温常压下自然蒸发的挥发性润滑剂基础油。如此配制的快干润滑剂可省略洗涤步骤，因为非挥发性润滑剂残留物在金属材料经过加工后基本不留在金属材料上。
然而，一些已知的快干润滑剂不具有足够的润滑性。不足的润滑性可在成形产品中导致开裂和卡死。此外，不足的润滑性不能充分降低金属材料和模具之间的摩擦。结果，模具的使用寿命不能充分延长。为了提高快干润滑剂的润滑性，一些已知快干润滑剂包含氯成分。然而，包含在润滑剂中的氯成分在加工期间或随着时间的流逝可容易地分解以产生不期望的分解产物。如此产生的分解产物可锈蚀金属材料和加工工具。此外，当焚化润滑剂时氯成分可产生有害或有毒的物质。而且，该氯成分可腐蚀或损害煅烧炉。为了解决这些问题，存在开发可提供与非挥发性润滑剂基本相同的润滑性的改进的或无氯快干(挥发性)润滑剂的需求。
至今已开发出一些用于金属加工的无氯挥发性润滑剂。例如，日本特开专利公布号60-19952教导用于金属加工的无氯挥发性润滑组合物(润滑剂)，该组合物包含具有沸点23-125℃的卤代烃(润滑剂基础油)和具有沸点130-250℃的含氟油。然而，卤代烃和含氟油对环境是不友好的。
此外，快干润滑剂可在几小时或几天内在常温常压下自然蒸发。因此，当金属材料在常温或更高的温度下加工时，金属材料和加工工具得不到充分润滑。类似的，当金属材料在高速下加工时，金属材料和加工工具得不到充分润滑，因为润滑剂可更快蒸发。此外，在较高温度下，润滑剂粘度通常降低。此粘度降低可导致润滑剂缺乏润滑性。
为了解决这个问题，金属材料可在零下温度下加工。在零下温度下，可有效抑制润滑剂的蒸发。此外，润滑剂通常可具有增高的粘度。结果，在加工期间金属材料和加工工具可得到充分润滑。
例如，日本特开专利公布号5-247479教导用于在零下温度下的金属加工的润滑组合物(润滑剂)，该组合物包含链烷烃化合物(润滑剂基础油)。配制该润滑剂以在温度-50℃至-150℃下使用。
发明内容
因此，存在开发可在零下温度下使用的改进的无氯快干(挥发性)润滑剂的需要。
在本发明的一个实施方案中，教导用于金属材料加工的润滑剂。该润滑剂包含由至少一种链烷烃组成的润滑剂基础油和以润滑剂总重量的2-20wt％的比例添加到该润滑剂基础油的改性剂油。该改性剂油包括(a)硫类极压剂、(b)防锈剂和(c)钙成分。硫含量为改性剂油总重量的0.5-20wt％。防锈剂含量为改性剂油总重量的0.1-15wt％。此外，钙含量为改性剂油总重量的0.1-15wt％。
此外，本润滑剂意图加工作为金属材料的高拉伸强度钢板。该高拉伸强度钢板通常对应于具有拉伸强度340N/mm2以上的钢板。反过来，具有拉伸强度低于340N/mm2的钢板称为软钢板(mild steel sheet)。
高拉伸强度钢板还可称为“高强度钢板”或“高拉伸材料”。然而，日本工业标准(Japanese Industrial Standard)在例如JIS G3134(其针对“用于汽车用途的可加工热轧高拉伸强度钢板和钢带”)和JIS G 3135(其针对“用于汽车用途的可加工冷轧高拉伸强度钢板和钢带”)中通常使用术语“高拉伸强度钢板”。因此，在本说明书中，以下将使用用于JIS G 3134和JIS G 3135的“高拉伸强度钢板”。
本润滑剂可具有优于常规润滑剂的改进的性能。即，当加工或压力成形金属材料时该润滑剂可具有改进的润滑性。因此，该润滑剂可有效防止在经加工的金属材料中开裂和卡死的形成，从而增加金属材料的加工精度。
此外，本润滑剂可具有快干特性和良好的气味特性。而且，当作为镀覆预处理清洗压力成形金属材料时，该润滑剂可容易地从其上除去。因此，成形金属材料可均匀镀覆或涂布而不在镀膜或涂布膜上产生表面不规则或不良粘附。
并且，由于其中含有的改性剂油，该润滑剂可具有优良的防锈性能。因此，成形金属材料可有效防锈。
此外，本润滑剂可优选配制，以具有不高于-40℃的凝固点。当在温度-5至-35℃下加工施涂有如此配制的润滑剂的金属材料时，该润滑剂可具有进一步提高的润滑性。这是因为该润滑剂在温度-5至-35℃可具有提高的粘度。因此，在零下温度下金属材料的加工速度可得到提高。
此外，本润滑剂不含氯类添加剂。因此，该润滑剂是环境友好的。
在阅读下列具体描述以及附图和权利要求后，本发明的其他目的、特征和优势将易于理解。
具体实施方式
在下面，将描述本发明的具体的代表性实施方案。
本发明的润滑剂意图用于使用加工工具(冲头和模头)的金属材料加工中。该加工的实例包括压力加工例如，压力成形、冲裁、精密冲裁、穿孔、弯曲、扩孔弯边、拉伸、修边和卷边。如所期望的，通过该加工，金属材料可被加工或成形为所需形状的经加工的金属材料或产品(例如，汽车部件)。
该润滑剂可包括由链烷(饱和链)烃组成的润滑剂基础油(主要成分)和加入到润滑剂基础油中的改性剂油(补充成分)。在此实施方案中，改性剂油可优选包括硫类极压剂(成分A)、防锈剂(成分B)和钙成分(成分C)作为主要添加剂的改性剂油基础油。
首先，将描述润滑剂的润滑剂基础油。本实施方案中的链烷烃可包括直链烃(普通链烷烃)、支链烃(异链烷烃)和环状烃(环烷烃)。该链烷烃可优选具有碳数8-16。即，该链烷烃可优选具有通式CnH2n+2，其中n为8-16的整数。特别是，该链烷烃可为由以下化合物组成的组的至少一种：辛烷(C8)、壬烷(C9)、癸烷(C10)、十一烷(C11)、十二烷(C12)、十三烷(C13)、十四烷(C14)、十五烷(C15)、十六烷(C16)及其异构体。此外，如果单独使用特定的链烷烃，优选选择具有碳数8-13的链烷烃。如将认识到的那样，具有碳数8-16的链烷烃在常温下可为液体。
通常，链烷烃的沸点随着碳数的增大而升高。具有碳数16以上的链烷烃可具有过高的沸点(即，过慢的蒸气速度)。因此，此高级链烷烃对于润滑剂基础油或润滑剂成分是不优选的。此外，具有碳数16以上的链烷烃在常温下通常是固体。因此，具有碳数16以上的高级链烷烃对于润滑剂成分是不优选的。此外，优选将具有碳数接近16的链烷烃作为与其他链烷烃的混合物使用。反过来，具有碳数5-7的链烷烃可具有足够低的沸点(即，可允许的蒸发速率)。因此，此低级链烷烃可用作润滑剂成分。然而，具有碳数5-7的链烷烃通常对于润滑剂成分是不优选的，因为其通常产生不良气味。此外，具有碳数1-4的链烷烃在常温下通常是气体。因此，具有碳数1-4的链烷烃基本不能用作润滑剂成分。此外，具有碳数8-13的链烷烃可具有极高的蒸发速度。
该链烷烃可优选具有沸点210℃以下。含此低沸点链烷烃的润滑剂可在数小时至一天中在常温常压下由金属材料自然且迅速蒸发。因此，该润滑剂可在24小时内蒸发，该时间段符合经加工金属材料必须转移至生产线中的下一步骤(例如，镀覆或涂布步骤)的最大允许时间段。结果，不必停止生产线以干燥经加工金属材料。此外，优选该润滑剂具有合理的蒸发速度。具有碳数8的链烷烃具有沸点70℃。
下面，将描述润滑剂的改性剂油。如将认识到的那样，改性剂油以小量加入到润滑剂基础油中以提供给润滑剂以额外的功能。该改性剂油基础油可为选自由矿物油、合成油和脂肪油组成的组的至少一种。这些油可优选包括所有已知的本身用于加工金属材料用润滑剂的矿物油、合成油和脂肪油。换句话说，这些油不限于特定的油。
矿物油的实例为可在常规石油精炼过程中产生的多种矿物油。此石油精炼过程可包括以下步骤：在常压和减压下蒸馏粗石油以得到蒸馏物，通过溶剂脱沥青、溶剂萃取、氢化裂解、溶剂除蜡、催化脱蜡、加氢精制、硫酸洗涤和白土处理的至少一种进一步处理所得蒸馏物。
合成油的实例为聚-α-烯烃、α-烯烃共聚物、聚丁烯、烷基苯、聚氧亚烷基二醇、聚氧亚烷基二醇醚、硅油和其他此类化合物。
脂肪油的实例为牛脂、猪油、大豆油、菜籽油、米糠油、椰子油、棕榈油、棕榈仁油及其氢化产物。
下面，将描述改性剂油基础油的三种主要添加剂，即，硫类极压剂(成分A)、防锈剂(成分B)和钙成分(成分C)。
在本实施方案中，硫类极压剂(成分A)能够优选包括可提供极压特性的各种类型的硫类化合物。换句话说，该硫类极压剂不限于特定的硫类化合物。硫类极压剂的实例为硫化脂肪、硫化脂肪酸、硫类酯、硫化烯烃、聚硫化物、硫代氨基甲酸酯或盐和硫化矿物油。此外，硫化脂肪可优选通过将硫与各种类型的脂肪(例如，猪油、鲸油、植物油和鱼油)反应制得。该硫化脂肪可包括硫化猪油、硫化低芥酸菜籽油、硫化蓖麻油和硫化大豆油。此外，硫化脂肪酸可包括油酸的硫化物。而且，硫类酯可包括油酸甲酯的硫化物和辛基米糠脂肪酸的硫化物。
硫化烯烃可优选通过将C2-C15烯烃或其多聚体(例如，二聚体、三聚体或四聚体)与硫化剂如硫磺和氯化硫反应生产。
聚硫化物的实例为二苄基聚硫化物，二叔壬基聚硫化物、二-十二烷基聚硫化物、二叔丁基聚硫化物、二辛基聚硫化物、二苯基聚硫化物和二环己基聚硫化物。
硫代氨基甲酸酯或盐的实例为硫代氨基甲酸锌、硫代二丙酸二月桂酯和硫代二丙酸二硬脂酸酰酯。
硫化矿物油可优选通过将单质硫溶解在矿物油中生产。用于制备硫化矿物油的矿物油为例如但不限于与用于改性剂油基础油的矿物油相同的矿物油。
此外，硫类极压剂(成分A)可包含含硫原子的有机锌化合物。该有机锌化合物的实例为二烷基二硫代磷酸锌(以下将称之为ZnDTP)和二烷基二硫代氨基甲酸锌(以下将称之为ZnDTC)。包含在ZnDTP和ZnDTC中的烷基可彼此相同或不同。即，在ZnDTP中，通过氧原子键合在磷原子上的两个烷基可以彼此相同或不同。类似的，在ZnDTC中，键合在氮原子上的两个烷基可彼此相同或不同。包含在ZnDTP和ZnDTC中的烷基可优选为具有碳数为3以上的烷基。此外，这些烷基可被芳基取代。
在本发明中，上述用于硫类极压剂的化合物可以纯态形式或以其组合态使用。此外，硫类极压剂可优选以使得改性剂油中的硫含量不低于改性剂油总重量的0.5wt％且不高于改性剂油总重量的20wt％，更优选不低于2wt％且不高于15wt％加入到改性剂油基础油中。如果改性剂油中的硫含量低于改性剂油总重量的0.5wt％，所配制的润滑剂可具有不足的润滑性。相反，如果改性剂油中的硫含量高于改性剂油总重量的20wt％，所配制的润滑剂可具有足够或优良的润滑性。然而，在具有该润滑剂的金属材料通过MAG焊接法焊接后，该润滑剂可反而具有较差的防锈性能。
防锈剂(成分B)不限于特定化合物。防锈剂的实例为钙(Ca)、钡(Ba)和钠(Na)的硫酸盐或磺酸化合物，氧化蜡的酯化合物、氧化蜡化合物(例如，氧化蜡的Ca-、Ba-和Na-盐)、多元醇酯(例如，单油酸山梨醇酯)、羊毛脂和羊毛脂的金属皂。然而，更优选含Ca或Ba的化合物。在本发明中，上述用于防锈剂的化合物可以纯态形式或以其组合态使用。通常，该防锈剂可与矿物油、合成油和各种类型的酯混合，以便容易地溶解在改性剂油基础油中。
在本发明中，防锈剂在改性剂油中的含量不低于改性剂油总重量的0.1wt％且不高于改性剂油总重量的15wt％，更优选不低于1wt％且不高于10wt％。如果防锈剂在配制的改性剂油中的含量低于改性剂油总重量的0.1wt％，在具有该润滑剂的金属材料通过MAG焊接方法焊接后，配制的润滑剂可具有不足的防锈性能。相反，即使防锈剂在改性剂油中的含量升高到高于改性剂油总重量的15wt％，润滑剂可只具有有限的效果。
钙成分(成分C)可包括但不限于，磺酸钙、水杨酸钙和苯酚钙。然而，根据动力粘度和价格，优选磺酸钙。更优选的是碱性磺酸钙。进一步更优选的是具有碱值300mgKOH/g以上的高碱性磺酸钙。
在本发明中，上述用于钙成分的化合物可以纯净物形式或以其组合形式使用。此外，在改性剂油中的钙含量不低于改性剂油总重量的0.1wt％且不高于改性剂油总重量的15wt％，更优选不低于0.2wt％且不高于10wt％。如果改性剂油中的钙含量低于改性剂油总重量的0.1wt％，所配制的润滑剂可具有不足的润滑性。相反，如果改性剂油中的钙含量高于改性剂油总重量的15wt％，润滑剂可只具有有限的效果。
如上所述，改性剂油可优选由润滑剂油基础油通过在其中加入成分A、成分B和成分C来配制。如此配制的改性剂油可以润滑剂总重量的2至20wt％的比例加入到润滑剂基础油中。如果改性剂油在润滑剂中的含量低于润滑剂总重量的2wt％，该润滑剂可具有不足的防锈性能。相反，如果改性剂油在润滑剂中的含量高于润滑剂总重量的20wt％，在加工金属材料后，该润滑剂可产生相当多的金属材料上的润滑剂残余物。在经加工的金属材料被镀覆或涂布后，此润滑剂残余物可导致对于产品的镀覆膜或涂布膜的不利效果(例如，表面不规则性和不良粘附)。
此外，如果必要，各种类型的已知的其它试剂可加入到该润滑剂中以提高或稳定润滑剂的基本特性而不妨碍本发明的目的。该已知试剂可包括抗氧化剂、防腐蚀剂、着色剂、消泡剂和香料。抗氧化剂的实例为胺系列化合物和酚类化合物。防腐蚀剂的实例为苯并三唑、甲苯并三唑和巯基苯并噻唑。此外，着色剂可为各种类型的染料和颜料。
润滑剂可优选配制，以具有不高于-40℃的凝固点。在当金属材料在零下温度，例如-5至-35℃下加工时，具有如此低凝固点的润滑剂可防止冻结。即，在此范围温度中，该润滑剂能以液体形式获得。此外，可有效防止润滑剂蒸发。因此，根据本润滑剂，金属材料可容易地以高尺寸精度加工。
可优选配制该润滑剂以具有在-20℃下的动力粘度不高于12.5mm2/s，优选不高于10.0mm2/s，更优选不高于7.5mm2/s。当加工(例如，压力成形)金属材料时，具有此动力粘度的润滑剂可提供优良的润滑性。同时，此种润滑剂在零下温度下可具有明显的流动性。如果润滑剂具有在-20℃下的动力粘度高于12.5mm2/s，该润滑剂可具有降低的润滑性。此外，优选该润滑剂具有至少为2.5的动力粘度，以保证润滑剂的被要求的润滑性。如所期望的，当润滑剂温度降低时，该润滑剂可具有降低的动力粘度以具有提高的润滑性。
润滑剂可优选配制，以具有闪点40℃以上和燃点240℃以上。具有闪点不低于40℃的润滑剂可在常温下安全地操作。通常，具有闪点低于40℃的润滑剂在常温下高度可闪燃。因此，此润滑剂不能安全地操作，特别是在夏天或在热带或亚热带地区。此外，具有燃点不低于240℃的润滑剂可安全地操作，因为此高燃点润滑剂可具有低的由在金属材料加工期间产生的热或火花点燃的风险。
该润滑剂可施涂在加工工具和金属材料之间以将其间润滑。通常，该润滑剂可通过例如但不限于辊和喷雾器施涂在金属材料上。如此施涂的润滑剂可有效防止在经加工的金属材料中形成开裂和卡死，从而增加金属材料的加工精度。此外，施涂在加工工具和金属材料之间的润滑剂可有效防止加工工具生锈和损坏，从而提供给加工工具以延长的使用寿命。
当待加工的金属材料为高拉伸强度钢板时，该金属材料可优选在零下温度下加工以提高其可加工性。优选的，将金属材料在温度-5至-35℃下，优选-10至-30℃，更优选-15至-25℃下加工，因为该润滑剂以具有不高于-40℃的凝固点配制。在此温度范围中，该润滑剂可以液体形式获得。此外，可有效防止润滑剂蒸发。因此，金属材料可在所需加工速度下可靠地加工。如所期望的，如果金属材料在超过-5℃的温度下加工，润滑剂可快速从金属材料蒸发。相反，如果金属材料在低于-35℃的温度下加工，润滑剂可在金属材料上结晶。
下面，将描述用于本实施方案的金属材料。金属材料的实例为已广泛应用于用来制造汽车、建筑材料、白色家电、电子设备或其他此类物品的多个领域的钢铁材料(例如，不锈钢、合金钢、碳钢)和非铁材料(例如，铝合金和铜)的轧制钢板。尤其是，该金属材料的实例为冷轧钢板、热轧钢板、防锈轧辊钢板(例如，电镀钢板)和高拉伸强度钢板。此外，本发明的润滑剂在高拉伸强度钢板的加工中可具有有益效果。
此外，通常可进行该加工的后处理。该加工的后处理例如可包括以下步骤：(1)脱脂和清洗成形品以除去润滑剂，(2)该清洗产品施涂有防锈油以保护产品不被锈蚀，(3)镀覆或涂布该产品，(4)通过加热处理该产品以加固该产品，和(5)将该产品与另一个金属部件焊接。
例如，当作为后处理镀覆或涂布经加工的金属材料时，通常对该金属材料进行脱脂或清洗。然而，本润滑剂可在常温常压下自然蒸发，因此非挥发性润滑剂残留物基本不残留在金属材料上。因此，该脱脂或清洗步骤基本可省略或简化。
此外，为了焊接高拉伸强度钢板，经常使用金属活性气体(MA G)焊接法。此焊接法是常规钢材焊接法中的一种。MAG焊接法是最广泛使用的用于焊接钢材的电弧焊接法。通常，MAG焊接法具有提高焊接速度、高焊接效率和易于操作的优势。而且，此焊接法可提供高质量的焊接部。此外，此焊接法可应用于具有各种厚度的金属材料而不必更换焊条。
在MAG焊接法中，可以使用二氧化碳的纯净气体和氩气和二氧化碳的混合气体作为保护气。然而，二氧化碳的纯净气体是高度氧化的气体。此氧化气体可氧化和劣化在焊接部产生的焊接产物(即，焊条金属和基体钢组成的焊接复合物)。劣化的焊接产物可降低焊接部的结合强度。因此，当MAG焊接法用于焊接高拉伸强度钢板时，氩气和二氧化碳的混合气通常可用作保护气以防止焊接部过分劣化。优选地，氩气与二氧化碳的混合比为约80∶20。
在此实施方案中，如果将高拉伸强度钢板用作金属材料时，其可接受的厚度不大于3.0mm，更优选不大于2.0mm，最优选不大于1.6mm。通常，优选该金属材料具有厚度至少0.1mm。
现在将描述本发明润滑剂的实例。此外，下列实施例为说明性的并且不构成对本发明的限定。
在第一试验中，通过利用具有各种碳数的链烷烃(润滑剂基础油)制备七个样品润滑剂(润滑剂样品1-7)。七种样品润滑剂的组成示于表1。如将容易理解的那样，各样品润滑剂只由润滑剂基础油组成。
表1
Figure G2008800014740D00131
对于润滑剂样品1-7，评价润滑性能。为了评价润滑性能，对具有润滑剂的金属材料(加工件)分别进行加工或压力加工(剪切或冲压)，以生产成形产品(测试件)。
成形产品的制备在下列条件下进行。
加工机
具有冲头(punch)和模头(die)的AIDA压力机(AidaEngineering)
加工速度：60spm
冲头材料：SKD11
模头材料：SKD11
加工件
SECC(JI S G3313；通用钢板)
宽度：150mm
厚度：0.3mm
润滑剂的施涂
通过树脂辊涂机将润滑剂样品1-7均匀供给到加工件的表面。
加工(1)
具有润滑剂的加工件分别用冲头进行冲压，从而生产具有3000个直径为2.5mm、6.0mm、22mm和100mm冲孔的成形产品(测试件)。
加工(2)
具有润滑剂的加工件分别用冲头进行拉伸，从而生产具有3000个直径为2.5mm拉伸部的成形产品(测试件)。
在每个加工件的加工(冲压和拉伸)完成后，对冲头的表面外观进行目视观察，以确定包括磨损和损伤的缺陷发生。基于下列评价标准对冲头的外观进行评价：
A：优良(无缺陷)
B：好或良好(基本无缺陷)
C：不良(轻微缺陷)
D：差(重大缺陷)
此外，对如此形成的每个成形产品的冲孔和拉伸部的被加工表面外观进行目视观察，以确定包括损伤和毛边的缺陷发生。基于下列评价标准对冲孔和拉伸部的加工面外观进行评价：
A：优良(无缺陷)
B：好或良好(基本无缺陷)
C：不良(轻微缺陷)
D：差(重大缺陷)
结果示于表2。
表2
Figure G2008800014740D00141
如表2所示，除了润滑剂样品6之外，冲头在加工(1)和(2)中可具有优良的表面外观。这意味着润滑剂样品1-5和7的润滑剂可有效防止冲头在加工(冲压和拉伸)期间磨损。此外，除了润滑剂样品6之外，成形产品的冲孔和拉伸部可具有优良的表面外观。这意味着润滑剂样品1-5和7的润滑剂可形成无损伤和毛边的冲孔和拉伸部。这些结果说明，仅含具有碳数8以上的链烷烃的润滑剂在加工期间可具有优良的润滑性。换句话说，含具有碳数低于8的链烷烃的润滑剂可具有降低的润滑性。
在第二试验中，以如第一试验中相同的方式制备七个样品润滑剂(润滑剂样品1-7)。润滑剂样品1-7的组成示于表1。
对于润滑剂样品1-7，评价挥发性或干燥性能。为了评价挥发性，对于每种具有润滑剂的金属材料(加工件)测量干燥时间。
第二试验在下列条件下进行：
加工件
SPCC(JI S G3141)
长度：80mm
宽度：60mm
厚度：1.0mm
润滑剂的施涂
润滑剂样品1-7均匀施涂到加工件表面。
润滑剂用量
对于每个加工件为0.5g
对于每个加工件，测量干燥时间。测量在加工件水平放置在空气中的条件下进行。
结果示于表3。
表3
如表3所示，润滑剂样品5和7可具有相当长的干燥时间(超过48小时)。相反，润滑剂样品1、2和6可具有极短的干燥时间(2小时内)。这意味着润滑剂样品1、2和6可具有极高的挥发性。这些结果说明只含有具有碳数不超过13的链烷烃的润滑剂可从加工件快速蒸发。此外，润滑剂样品3和4可具有干燥时间30小时。这意味着只含具有碳数不超过16的链烷烃的润滑剂具有可接受的挥发性。
在第三试验中，以如第一试验中相同的方式制备七个样品润滑剂(润滑剂样品1-7)。润滑剂样品1-7的组成示于表1。
对于润滑剂样品1-7，评价其发出的气味。对润滑剂的气味进行感官评价。
第三试验在下列条件下进行：
润滑剂试样
润滑剂样品1-7分别分配到500ml玻璃烧杯中。
分配的润滑剂的量
每个烧杯100ml
五个或更多人各自嗅闻烧杯中的润滑剂试样，从而评价润滑剂气味。基于下列评价标准对每种润滑剂的气味进行评价：
A：优良(良好气味)
B：好或良好(明显的气味但非不良的气味)
C：较差(明显不良的气味)
结果示于表4。
表4
Figure G2008800014740D00171
如表4所示，润滑剂样品1-3可具有良好气味。然而，润滑剂样品4-5不具有合适的气味。这些结果说明仅含具有碳数8-16的链烷烃的润滑剂可通常具有良好气味。换句话说，含具有碳数低于8或高于16的链烷烃的润滑剂可通常具有不良的气味。
从第一到第三试验的结果，以其总重量100wt％的比例含具有碳数8-16的链烷烃的润滑剂可具有优良的润滑性、良好的加工性，快干特性和良好的气味特性。
下面，在第四试验中，利用下列添加剂制备三个实施例改性剂油(改性剂油实施例1-3)。三种类型的实施例改性剂油(改性剂油实施例1-3)的组成示于表5a。
(a)硫类极压剂(成分A)
a1：聚硫化物(30wt％硫含量)
a2：硫化脂肪(15wt％硫含量)
a3：ZnD TP(16wt％硫含量)
(b)防锈剂(成分B)
b1：磺酸钡
b2：氧化蜡化合物
b3：磺酸钙
b4：羊毛脂的金属皂
b5：磺酸化合物
(c)钙成分(成分C)
c1：高碱性磺酸钙(15wt％钙含量)
(d)其他添加剂(成分D)
d1：氯化链烷烃(50wt％氯含量)
表5a
Figure G2008800014740D00181
此外，通过利用上述添加剂和对照润滑剂基础油制备三种对照润滑剂(润滑剂对照1-3)。对照润滑剂基础油与改性剂油基础油具有基本相同的组成。如此制备的这三种对照润滑剂(润滑剂对照1-3)基本对应商购可得的用于压力成形的常规润滑剂。而且，提供三种另外的对照润滑剂(润滑剂对照4-6)。这三种对照润滑剂为两种商购可得的用于钢材的润滑防锈油(润滑剂对照4和5)和一种商购可得的用于钢材的防锈油(润滑剂对照6)。这六种对照润滑剂(润滑剂对照1-6)的组成示于表5b。
表5b
Figure G2008800014740D00191
*：商购可得的用于钢材的润滑防锈油A
**：商购可得的用于钢材的润滑防锈油B
***：商购可得的用于钢材的防锈油
在表5a中，各成分的含量表示为重量份。硫含量(％)表示为成分A中含有的硫原子与各改性剂油的总重量的重量百分比。类似地，钙含量(％)表示为成分C中含有的钙原子与各改性剂油的总重量的重量百分比。此外，防锈剂含量(％)表示为成分B与各改性剂油总重量的百分比。
在表5b中，各成分的含量表示为重量份。硫含量(％)表示为成分A中含有的硫原子对各润滑剂的总重量的重量百分比。类似的，钙含量(％)表示为成分C中含有的钙原子对各润滑剂的总重量的重量百分比。此外，防锈剂含量(％)表示为成分B对各润滑剂总重量的重量百分比。
对于改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油和润滑剂对照1-6的对照润滑剂，进行润滑性能评价试验。为了进行润滑性能评价试验，对具有实施例改性剂油和对照润滑剂的加工件分别进行加工，以生产成形制品(测试件)。
成形制品的制备在下列条件下进行。
加工机
具有冲头和模头的500吨连续压力机(FUKUI)
生产速度：45spm
冲头材料：SKD11
模头材料：SKD11
加工件
1.具有拉伸强度440N/mm2的高拉伸强度钢板厚度：1.0mm
2.具有拉伸强度590N/mm2的高拉伸强度钢板厚度：1.8mm
3.具有拉伸强度780N/mm2的高拉伸强度钢板厚度：1.2mm
4.具有拉伸强度980N/mm2的高拉伸强度钢板厚度：1.0mm
润滑剂施涂
通过树脂辊涂机将改性剂油实施例1-3和润滑剂对照1-6均匀供给到加工件的表面。
加工
对具有润滑剂的加工件分别进行十六种加工(例如，冲压、弯曲、钻孔、扩孔弯边和攻丝)，从而生产可用作机动车背靠可调式座椅的部件的成形制品(测试件)。这些加工同时或连续进行。
对如此成形的成形制品进行测量以确定其尺寸精度。从测量值，对该制品的尺寸精度基于下列参考水平进行评价：
优良：满足尺寸标准
差：不满足尺寸标准
此外，目视观察冲头和模头的表面外观以确定磨损的出现。从该外观，对冲头和模头基于下列参考水平进行评价：
优良：无磨损
差：磨损
结果示于表6。
表6
  成形制品的尺寸精度   冲头和模头的外观
  改性剂油实施例1   优良   优良
  改性剂油实施例2   优良   优良
  改性剂油实施例3   优良   优良
  润滑剂对照1   优良   优良
  润滑剂对照2   优良   优良
  润滑剂对照3   优良   优良
  润滑剂对照4   差   差
  润滑剂对照5   差   差
  润滑剂对照6   差   差
表6说明根据改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油和润滑剂对照1-3的对照润滑剂，可以可靠地加工加工件，因此可形成具有优良尺寸精度的成形制品。即，改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油和润滑剂对照1-3的润滑剂可生产具有无毛刺(burrs)和压陷的光滑切割面(剪切面)并具有预定尺寸的成形制品。此外，说明改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油和润滑剂对照1-3的润滑剂可有效防止冲头和模头(即，加工工具)在加工期间磨损。即，改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油和润滑剂对照1-3的润滑剂可有效防止冲头和模头在加工期间卡死、擦伤和损伤。这些结果意味着改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油和润滑剂对照1-3的润滑剂的每一种可具有优良的润滑性能。
相反，表6说明根据润滑剂对照4-6的防锈油，加工件不能可靠地加工。因此，成形制品不能以可接受的尺寸精度形成。即，润滑剂对照4-6的防锈油可生产具有不理想的粗糙切割面(剪切面)的成形制品。这些结果意味着润滑剂对照4-6的每种防锈油可具有差的润滑性能。
下面，在第五试验中，三种实施例改性剂油(改性剂油实施例1-3)和六种对照润滑剂(润滑剂对照1-6)以与第四试验相同的方式制备。改性剂油实施例1-3和润滑剂对照1-6的润滑剂的比较示于表5a和5b。
对于改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油和润滑剂对照1-6的对照润滑剂，进行防锈性能评价试验。为了进行防锈性能评价试验，对用实施例改性油和对照润滑剂涂布的加工件利用MAG焊接法进行焊接，以生产焊接制品(测试件)。
MAG焊接在下列条件下进行。
保护气
氩和二氧化碳的混合气(氩比二氧化碳＝80∶20)
焊条直径
1.0mm和1.2mm
电流、电压和速度
145A、16V和60cm/min
焊枪倾角、焊接长度和焊接宽度
60°，40mm和10mm
加工件
1.SPCC钢板
厚度：1.2mm
2.具有拉伸强度590N/mm2的高拉伸强度钢板
厚度：1.8mm
将如此形成的焊接制品储存在恒温恒湿(温度50℃；湿度95％)的试验室中960小时。目视观察储能焊接(stored welded)制品，以确定其上锈蚀的发生(特别是，以确定锈蚀面积相对于该制品表面积的比例)。由此观察，基于下列参考水平评价润滑剂的防锈特性：
优良：锈蚀面积比例低于10％
差：锈蚀面积比例不低于10％
结果示于表7。
表7
Figure G2008800014740D00231
表7说明所有改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油对焊接制品具有优良的防锈性能。
相反，全部润滑剂对照1-6的对照润滑剂对焊接制品具有差的防锈性能。据推测，此差的防锈性能由焊接热产生的添加剂熔化导致。此外，在具有含氯类添加剂的润滑剂对照1的润滑剂的焊接制品中，锈蚀面积比例基本为100％。这意味着润滑剂对照1的润滑剂与其余对照润滑剂(润滑剂对照2-6)的润滑剂相比具有极差的防锈性能。
下面，在第六试验中，三种实施例改性剂油(改性剂油实施例1-3)和六种对照润滑剂(润滑剂对照1-6)以与第四试验相同的方式制备。改性剂油实施例1-3和润滑剂对照1-6的润滑剂的比较示于表5a和5b。
对于改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油和润滑剂对照1-6的对照润滑剂，进行自消除性能评价试验。为了进行该自消除性能评价试验，用实施例改性剂油和对照润滑剂涂布加工件。用实施例改性剂油和对照润滑剂涂布的加工件用作对于此试验的测试件。
用于自消除性能评价试验的测试件如下制备。
加工件
1.SPCC钢板
尺寸：60mm×80mm×1.2mm
2.用具有拉伸强度590N/mm2的高拉伸强度钢板形成的机动车靠背可调座椅的实用部件
厚度：1.8mm
润滑剂的施涂
改性剂油实施例1-3的实施例改性剂油和润滑剂对照1-6的对照润滑剂通过刷子进给到加工件的表面。润滑剂涂布的加工件放置在室温下24小时。
此外，如下配制用于此试验的水性清洁液。
清洁剂
用于钢材的商购可得的表面处理剂(其可在清洗期间在钢材表面形成磷酸铁薄膜)
清洁剂浓度
4％(用自来水稀释)
如此形成的测试件在加热到60℃的清洁液中清洗。通过在搅拌清洗液的同时浸泡，将清洗操作持续180秒。清洗后，将清洗的测试件从清洗液中取出并目视观察，以确定其表面润湿性(特别是，以确定湿润面积相对于各测试件表面积的比例)。由此观察，基于下列参考水平评价润滑剂的自消除特性：
优良：湿润面积比例不低于80％
差：湿润面积比例低于80％
结果示于表8。
表8
Figure G2008800014740D00251
表8说明全部的实施例1-3的实施例改性剂油具有优良的自消除性能。这意味着实施例1-3的改性剂油可从钢材表面容易地除去。
相反，润滑剂对照2和3的润滑剂具有差的自消除性能。即，润滑剂对照2和3的润滑剂不能从钢材表面容易地除去。
从这些结果可以明显看出，本发明的改性剂油当其用于加工高拉伸强度钢板时可具有优良的润滑性能。此外，本发明的改性剂油对由MAG焊接法焊接的钢板可具有优良的防锈性能。此外，本发明的改性剂油对于钢板可具有优良的自消除性能。
由这些结果，预期优良的润滑剂可优选通过将含成分A、成分B和成分C的改性剂油加入到由具有碳数8-16的链烷烃组成的润滑剂基础油中来配制。
基于这些结果，在第七试验中，实施例润滑剂(实施例1)通过利用示于以下的润滑剂基础油和改性剂油制备。改性剂油在配制的实施例润滑剂中的含量为润滑剂总重量的15wt％。配制实施例润滑剂以具有在-20℃下的动力粘度2.8mm2/s。
(1)润滑剂基石出油
润滑剂样品2的链烷烃
碳数：10-13
(2)改性剂油
改性剂油实施例3的改性剂油
硫含量：润滑剂总重量的1.0wt％
防锈剂含量：润滑剂油总重量的0.9wt％
钙含量：润滑剂总重量的0.1wt％
对于实施例1的实施例润滑剂，在各种温度(室温和-20℃的零下温度)下进行润滑性能评价试验。为了进行润滑性能评价试验，在室温和零下温度对具有实施例润滑剂的加工件进行加工(压力加工)，以生产成形制品(测试件)。此外，作为对照，不使用实施例润滑剂下加工(即，通过干法加工来加工)加工件，以生产成形制品(测试件)。
成形制品的制备在下列条件下进行。
加工机
具有冲头和模头的AIDA压力机(Aida Engineering)
加工速度：40spm
喷射次数：1000
冲头材料：SKD11
模头材料：SKD11
加工件
具有拉伸强度590N/mm2的高拉伸强度钢板
宽度：90mm
厚度：1.8mm
用于对照的加工件
具有防锈油的钢板
在具有实施例1的润滑剂的各加工件加工(压力加工)完成后，对于每个测试件(成形制品)，确定残留在该测试件上的润滑剂的量(该量称为“Am”)、测试件的宽度和测试件的剪切面长度。如所期望的，剪切面长度对应光滑切割面长度。此外，对于每种加工，确定对该加工所需的加压负荷。
结果示于表9。
表9
  室温   零下温度(-20℃)   干法加工
  Am(mg/cm2)   0.074   0.073   0.073
  所需加压负荷(吨)   53   52   54
  测试件宽度(nm)   66.5   66.5   66.5
  测试件剪切面长度(mm)   0.57   0.59   0.56
如表9所示，对于残留在测试件上的润滑剂的量(该量称为“Am”)，在零下温度下生产的测试件基本具有与室温下生产的测试件和通过干法加工来加工的测试件相同的值(即，0.073至0.074mg/cm2)。因此，在零下温度下生产的测试件可以与在室温下生产的测试件相同的方式加工，以除去或洗去残留在其上的润滑剂。
此外，对于加工所需的加压负荷，在零下温度(-20℃)下加工的加工件具有最低值(52吨)。这意味着当在零下温度(-20℃)下使用时实施例润滑剂可具有优良的润滑性。此零下温度优良的润滑性可导致加工工具较长的使用寿命。
此外，对于测试件的剪切面长度(光滑切割面长度)，在零下温度(-20℃)下加工的加工件具有最大值(0.059mm)。这意味着当在零下温度(-20℃)下使用时，实施例润滑剂可有助于提高加工件(金属材料)的加工精度。
在第八试验中，实施例润滑剂(实施例2-5)通过利用用于第七试验中的润滑剂基础油(润滑剂样品2)和改性剂油(改性剂油实施例3)制备。在实施例2-5中，将改性剂油在配制的实施例润滑剂中的含量(该含量将称为“Co”)改变为在润滑剂总重量的2-20wt％的范围内。
对于实施例2-5的实施例润滑剂，在不同温度(室温和-20℃的零下温度)下进行润滑性能评价试验。为了进行润滑性能评价试验，在室温和零下温度对具有实施例润滑剂的加工件进行加工(压力加工)，以生产成形制品(测试件)。
测试件的制备在如第七试验相同的条件下进行。
每个加工件的加工(压力加工)完成后，对于每个测试件(成形制品)，确定残留在该测试件上的润滑剂的量(Am)。此外，计算[在室温下残留在测试件上的润滑剂的量(该量将称为“Am-R”)]与[改性剂油在配制的实施例润滑剂中的含量(该含量将称为“Co”)]之比(即，Am-R/Co)。类似地，计算[在零下温度下残留在测试件上的润滑剂的量(该量将称为“Am-S”)]与[改性剂油在配制的实施例润滑剂中的含量(Co)]之比(即，Am-S/Co)。此外，计算[在零下温度下残留在测试件上的润滑剂的量(Am-S)]与[在室温下残留在测试件上的润滑剂的量(Am-R)](即，Am-S/Am-R)。
结果示于表10。
表10
Figure G2008800014740D00281
如表10所示，具有实施例4的润滑剂(Co：15wt％)的测试件具有Am-S值(0.0784mg/cm2)更接近于干法加工生产的测试件的值(0.073mg/cm2)(表9)。此外，具有实施例4的润滑剂的测试件具有最高的Am-S/Am-R值(97.5％)。因此，认为实施例4的实施例润滑剂更适于用于零下温度(-20℃)下的金属加工
此外，具有实施例2的润滑剂(Co：2wt％)的测试件具有极高的Am-R/Co值(0.01670)和极高的Am-S/Co值(0.01420)。而且，具有实施例5的润滑剂(Co：20wt％)的测试件具有极低的Am-S/Am-R(53.6％)。因此，认为Co值的上下限分别为约2％和20％。
此外，如将从表10得出的，具有实施例3-5的润滑剂的测试件的Am-R/Co的平均值为0.0056mg/cm2。相反，具有实施例3-5润滑剂的测试件的Am-S/Co平均值为0.0043mg/cm2。因此，认为这些润滑剂适于用于零下温度(-20℃)下的金属加工。
已详细描述本发明代表性的实施方案。该具体描述仅意图教导本领域熟练技术人员进一步的细节，以实施本发明优选的方面，并且不意欲限定本发明的范围。只有权利要求才定义要求保护的本发明的范围。因此，前述具体描述公开的特征和步骤的组合对于最广义地实施本发明并不是必须的，而仅是教导以特别描述本发明的具体代表性实施例。此外，在本说明书中教导的各种特征可以不特别列举的方式组合以获得另外有用的本发明的实施方案。

Claims (2)

1.一种用于高拉伸强度钢板加工的润滑剂，其包含：
由至少一种具有碳数8-16且沸点210℃以下的链烷烃组成的润滑剂基础油，和
以润滑剂总重量的2-20wt％的比例添加到该润滑剂基础油中的改性剂油，
其中该改性剂油由(a)硫类极压剂、(b)防锈剂和(c)由具有碱值300mgKOH/g以上的高碱性磺酸钙组成的钙成分组成，其中硫含量为该改性剂油总重量的0.5-20wt％，其中该防锈剂含量为该改性剂油总重量的0.1-15wt％，其中钙含量为该改性剂油总重量的0.1-15wt％，且其中该润滑剂具有凝固点不高于-40℃，在-20℃下的动力粘度不高于12.5mm2/s，闪点40℃以上和燃点240℃以上。
2.一种使用加工工具来加工金属材料的方法，其包含以下步骤：
在金属材料和加工工具之间进给润滑剂，和
在温度-5至-35℃下加工该金属材料，
其中该润滑剂包含由至少一种具有碳数8-16且沸点210℃以下的链烷烃组成的润滑剂基础油和以该润滑剂总重量的2-20wt％的比例加入到该润滑剂基础油中的改性剂油，并具有不高于-40℃的凝固点，其中该改性剂油由(a)硫类极压剂、(b)防锈剂和(c)钙成分组成，其中硫含量为改性剂油总重量的0.5-20wt％，其中该防锈剂含量为改性剂油总重量的0.1-15wt％，且其中钙含量为改性剂油总重量的0.1-15wt％。
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