CN101910388B

CN101910388B - 热加工用润滑剂以及无缝钢管的制造方法

Info

Publication number: CN101910388B
Application number: CN2009801018438A
Authority: CN
Inventors: 斋藤建一; 饭田纯生
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: JP4458167B2; EP2243820A4; BRPI0907375B1; US20100263422A1; US8024953B2; CN101910388A; EP2243820A1; JP2009167242A; BRPI0907375A2; MX2010007575A; WO2009088036A1; EP2243820B1; BRPI0907375B8

Abstract

本发明提供一种热加工用润滑剂以及无缝钢管的制造方法，该热加工用润滑剂含有20～40质量％的氧化铁，10～30质量％的硅酸钠，杂质含量为3质量％以下，并且水分含量为40～60质量％，通过这些成分的综合作用，使该润滑剂具有优异的润滑性和供给性，并且不对产品的耐腐蚀性产生不利影响。该润滑剂适用于例如高Cr钢穿孔轧制时的导块润滑，在穿孔轧制前，优选在穿孔轧制开始前1秒内将润滑剂直接涂布于被加工材料外表面，由此，能够在防止在产品外表面上发生烧粘缺陷发挥极大效果。

Description

热加工用润滑剂以及无缝钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种润滑剂，该润滑剂在通过热加工方法制造无缝钢管过程中能够减少被加工材料与热加工工具(以下仅称为“工具”)之间的摩擦，从而防止烧粘。具体而言，该润滑剂在使用穿轧机制造无缝钢管过程中能够减少钢坯(被加工材料)与导块(guide shoe)(工具)之间的摩擦，从而防止烧粘。并且，本发明还涉及使用该润滑剂的无缝钢管制造方法。

另外，在没有另行记载情况下，本说明书中的术语按照如下定义：

“％”：表示对象物质中含有的各成分的重量百分比。

“钢管”：表示Fe、Ni、Cr含量的总和为50％以上的金属管。

背景技术

无缝钢管的制造方法

可以通过曼内斯曼法制造无缝钢管。该方法包括以下步骤：

(1)使用穿轧机(piercer)对钢坯进行穿孔轧制，形成管坯(以下称为“空心管坯”)；

(2)使用延伸轧制机(例如：芯棒式无缝管轧机)对空心管坯进行延伸轧制；

(3)使用定径轧制机(例如：张力减径机)对延伸轧制后的空心管坯进行定径轧制。

穿轧机包括导块。设置该导块是为了防止在进行穿孔轧制时，钢坯外径增大至所需直径以上。穿孔轧制是在钢坯外表面与导块接触状态下进行的。如果钢坯外表面与导块之间的润滑不充分，钢坯就会烧粘于导块上。从而，不仅会在导块上产生烧粘缺陷，而且在空心管坯的外表面也会产生被称作导块标记(shoe mark)的烧粘缺陷。

导块包括以下两种：(1)固定式的板形导块，(2)旋转式的盘形导块。不论哪一种导块，都需要防止上述烧粘的发生。因此，保持钢坯外表面与导块之间的充分润滑是极其重要的。

有关润滑方法的现有技术如下所述：

在日本特开昭60-21111号公报中公开了一种涂布烧粘防止剂与粘合剂的混合涂料的穿孔轧制方法，所述烧粘防止剂由金属氧化物粉末构成。

在日本特开平07-126684号公报中公开了一种含有氧化铁粉末、丙烯酸系水溶性高分子以及表面活性剂的不锈钢热轧用润滑剂。

在日本特开平11-35967号公报中公开了一种含有氧化铁、硅酸钠、淀粉类、黄原胶的热加工用润滑剂。

在日本特许第2638317号公报中公开了将管热轧用润滑剂喷涂于处在加热后的热加工状态的被轧制材料表面的技术，该润滑剂由含有金属氧化物粉末及硅酸钠的水溶液构成，其粘度大于或等于200cp并且小于4000cp。

但是，在对难加工材料(例如：13％Cr钢)进行穿孔时，如果使用上述文献中公开的润滑剂，则会使导块与空心管坯之间的润滑不充分。因此，对于上述润滑剂来说难以防止烧粘缺陷的产生。

在日本特开平7-284817号公报中公开了一种将在膨润云母水溶液中混入固体润滑剂所形成的润滑剂供给至被轧制材料与导块之间的轧制方法。但是，该文献中公开的润滑剂存在如下问题：其在被涂布于被轧制材料时爆沸、导致润滑剂从被轧制材料剥离。因此，这种润滑剂也难以防止烧粘缺陷的产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种润滑剂，该润滑剂具有以下特点：

(1)优异的润滑性；

(2)优异的向必要位置供给的供给性。特别是，当被加工材料的表面存在氧化皮时，能够顺利地将润滑剂供给到被加工材料表面，并且有适量的润滑剂附着于被加工材料表面。

(3)优异的耐腐蚀维持性。也就是说，即使润滑剂残留在加工后的产品表面，也不会对产品的耐腐蚀性产生影响。

本发明的另一个目的在于提供一种使用本发明润滑剂的无缝钢管制造方法。

本发明的主旨如下。

(I)一种热加工用润滑剂，其特征在于，

该润滑剂中含有20～40质量％的氧化铁以及10～30质量％的硅酸钠，

杂质含量为3质量％以下，

水分含量为40～60质量％。

(II)一种无缝钢管制造方法，其特征在于，将所述(I)记载的热加工用润滑剂涂布于被加工材料的表面后，立即对该被加工材料进行热加工。

本发明的热加工用润滑剂具有以下显著特点：

(1)润滑性优异；

(2)供给性优异；

(3)耐腐蚀维持性优异。

本发明的热加工用润滑剂具有优异的润滑性，从而在防止烧粘方面能够发挥显著效果。并且本发明的润滑剂具有优异的供给性，从而能够将润滑剂供给至高温的被加工材料表面以及其他供给困难的部分。也就是说，即使在被加工材料表面存在氧化皮的情况下，也能够使足量的润滑剂附着于被加工材料表面，进而将润滑剂供给至被加工材料表面与工具之间的界面。鉴于这些效果，本发明的润滑剂作为热加工用润滑剂是有效的。特别是，在对难加工材料(例如：含有8～25质量％的Cr的钢)进行穿孔轧制时，本发明的润滑剂在防止在导块及产品外表面产生烧粘缺陷方面发挥了巨大作用。而且，本发明的润滑剂具有优异的耐腐蚀维持性，从而即使在加工后的产品表面残留有润滑剂的情况下，产品的耐腐蚀性也不会变差。

在本发明的无缝钢管制造方法中，本发明的润滑剂的优异性能可得到充分发挥。

具体实施方式

本发明的润滑剂

本发明的润滑剂是通过使氧化铁分散于硅酸钠与水的混合物(水玻璃)中所形成的。优选氧化铁为粉末状。

本发明的润滑剂中除了上述成分之外，还可以含有用于使氧化铁稳定地分散的稳定剂。1公升润滑剂中含有20～100克左右的稳定剂即可。

在调制本发明的润滑剂过程中易混入杂质。作为杂质，以氧化锌(ZnO)、氧化铅(PbO)以及氧化铜(CuO)这3种氧化物为例进行说明。所述3种氧化物对本发明的润滑剂性能有很大影响。因此，对本发明润滑剂中的杂质含量上限进行了规定。

本发明的润滑剂适用于含Cr量多的无缝钢管的制造。特别是，适用于由含有8～25质量％的Cr的钢(例如：SUS420H等效钢、SUS304等效钢、25Cr系二相不锈钢)所构成的无缝钢管的制造。

接下来对本发明的润滑剂的各成分进行说明。

(1)氧化铁：20～40质量％

氧化铁是为了获得防止烧粘效果所必需的成分。所述氧化铁可以是氧化亚铁(II)(FeO)、三氧化二铁(III)(Fe₂O₃)、四氧化三铁(II、III)(Fe₃O₄)中的任一种，也可以包含两种以上氧化铁。润滑剂中的氧化铁含量为20～40质量％。氧化铁含量低于20质量％情况下，在被加工材料以及与被加工材料接触的构件之间发生烧粘。另一方面，氧化铁的含量超过40质量％情况下，与润滑剂中的硅酸钠含量相比氧化铁的含量过大，会使润滑剂的供给性变差。这种情况下，润滑剂变得不易被引入至加工滑动界面(被加工材料和工具(例如：导块)之间的界面)。

(2)硅酸钠：10～30质量％

硅酸钠具有结合氧化铁颗粒的作用。由于该作用，使得氧化铁颗粒更易于引入加工滑动界面。所以为了达到该效果，硅酸钠是必不可少的成分。润滑剂中的硅酸钠含量以无水物换算为10～30质量％。润滑剂中的硅酸钠含量少于10质量％的情况下，润滑剂的供给性降低，不易被引入加工滑动界面。润滑剂中的硅酸钠含量超过30质量％的情况下，相对于氧化铁来说硅酸钠的含量过大，使得氧化铁的防烧粘效果降低。

(3)杂质：3质量％以下

杂质最好较少。在调制本发明的润滑剂过程中，伴随氧化铁等而混入有氧化锌(ZnO)、氧化铅(PbO)及氧化铜(CuO)等。例如，使用镀锌线的酸洗渣(slime)或钢渣作为氧化铁原料的话，就会混入氧化锌等杂质。

在含有杂质过多的情况下，润滑剂的耐腐蚀维持性降低，当在产品表面上残留有润滑剂时，杂质会使产品的耐腐蚀性变差。其原因在于，杂质中的氧化物在高温下被还原，然后与产品自身产生化学反应而形成耐腐蚀性低的合金。

若润滑剂中的杂质为3质量％以下，由于使耐腐蚀性变差的作用很小，所以不会成为问题。润滑剂中的杂质含量超过总质量3％时，润滑剂的耐腐蚀维持性降低，润滑剂的防烧粘效果也降低。

(4)水分：40～60质量％

本发明的润滑剂含有水分。通过使润滑剂中的水分含量为40～60质量％，能够同时确保润滑剂的供给性和润滑性。润滑剂中的水分含量少于40质量％的情况下，润滑剂的粘度过高。因此，难以将润滑剂供给至被加工材料表面，也就使得润滑性降低。水分含量超过60质量％情况下，在供给润滑剂并使其附着于高温的被加工材料表面时会产生漰沸爆沸现象(润滑剂中的水分急剧地变为水蒸气)。由于该现象，会使润滑剂飞散，从而润滑剂不能充分附着于被加工材料表面。该现象在被加工材料温度很高的第1穿孔过程中十分明显。

可以使用水玻璃作为本发明的润滑剂中所含有的硅酸钠及水分。水玻璃可以为水玻璃1号(Na₂O∶SiO₂＝1∶2)、水玻璃3号(Na₂O∶SiO₂＝1∶3)、水玻璃4号(Na₂O∶SiO₂＝1∶4)中的任一种。

(5)其他成分

为了使氧化铁粉末稳定地分散，可以在本发明的润滑剂中添加稳定剂。稳定剂的例子如下：萘磺酸钠甲醛缩合物、苯乙烯-马来酸酐共聚树脂的钠盐、聚丙烯酸钠盐、聚乙二醇烷基醚、聚乙二醇烷基苯基醚等。

对于将本发明的润滑剂供给到被加工材料表面的方法不做限定。通常，直接将润滑剂涂布于被加工材料表面。作为优选方法，可以使用喷涂法(使用喷嘴而以雾状喷射润滑剂)，因为该方法操作效率高，并且能够实现均匀的涂布。由于本发明的润滑剂为液体，因而能够使用喷涂法进行涂布。

本发明的热加工用润滑剂具有优异的润滑性。因此，特别是在对难加工材料进行热穿孔过程中，能够防止在导块上产生烧粘缺陷，还能够防止在产品外表面产生缺陷。并且，本发明的润滑剂具有优异的耐腐蚀维持性。因此，不会因为残留的润滑剂而使产品的耐腐蚀性等受到影响。

本发明的润滑剂具有优异的供给性。因此，该润滑剂能够供给至高温被加工材料表面、其他润滑剂供给困难的部分。也就是说，在穿孔轧制前，不论有没有氧化皮的存在，都能够通过涂布润滑剂并使其附着于钢坯(被加工材料)表面，从而高效率地将润滑剂供给至被加工材料和导块之间。优选在穿孔轧制开始前1秒内将润滑剂涂布于被加工材料表面。在输送过程中由于润滑剂不会剥离，所以能够得到充分的润滑性，并且，即使在钢坯表面存在氧化皮，润滑剂也不会牢固地粘着在氧化皮上，从而在穿孔时不产生外表面缺陷。

对于无缝钢管制造来说，在穿孔轧制前将本发明的润滑剂直接涂布于被加工材料表面的话，能够使本发明的润滑剂的优异特性得到充分发挥。

实施例1

在使用曼内斯曼穿轧机进行穿孔轧制的过程中，应用由表1所示成分构成的润滑剂。其条件如下：

被加工材料尺寸：直径225mm、长3000mm

被加工材料材质：13％Cr钢的油井管制造用钢坯

穿轧机：倾斜辊式穿轧机

导块：直径2800mm，宽150mm的盘形辊

穿孔后的空心管坯：外径230mm、壁厚21.0mm、长9000mm

润滑剂的供给方法：以0.5MPa的喷射压力喷涂于被加工材料表面

将润滑剂喷涂于被加工材料表面后，在1秒以内进行穿孔轧制。

在表1中，使用水玻璃3号而添加了“硅酸钠”。硅酸钠含量为以无水物换算的含量。作为“稳定剂、其他成分”，添加了萘磺酸钠甲醛缩合物、苯乙烯-马来酸酐共聚树脂的钠盐、聚丙烯酸钠盐等、聚乙二醇烷基醚、聚乙二醇烷基苯基醚等。

穿孔后，对下述性能进行评价，在表1中一并显示其结果。

(1)耐烧粘性

在对50根13Cr钢进行穿孔后，目视检查导块表面，从而对耐烧粘性进行评价。

表1中“耐烧粘性”栏中的符号意义如下：

○：良好。表示未发生烧粘。

△：合格。表示发生轻微烧粘。

×：不合格。表示发生大范围的显著烧粘。

(2)耐腐蚀性

从穿孔轧制后的空心管坯上采集试验片，将该试验片浸渍于65％的沸腾硝酸液中720小时后，根据有无腐蚀来评价耐腐蚀性。

表1中“耐腐蚀性”栏中的符号意义如下：

○：良好。表示未发现腐蚀。

×：不合格。表示发现腐蚀。

(3)附着性

附着性是与热塑性加工中使用的润滑剂的润滑性(耐烧粘性)直接相关的检查项目，通过目视喷涂有润滑剂的被加工材料表面来对附着性进行评价。

表1中“附着性”栏中的符号意义如下：

○：良好。表示未发现附着性不好的部位。

△：合格。表示发现若干附着性不好的部位。

×：不合格。表示润滑剂未附着。

(4)爆沸性

通过表面喷涂有润滑剂的盘形辊与被加工材料接触时、润滑剂中的水是否急剧地水蒸气化(爆沸现象)来对爆沸性进行评价。

表1中“爆沸性”栏中的符号意义如下：

○：良好。表示无爆沸现象。

△：合格。表示发现轻微爆沸现象。

×：不合格。表示存在急剧爆沸现象。

由于产生爆沸时润滑剂飞散并且不附着于被加工材料表面，所述以爆沸性和附着性显示相同趋势。

(5)流动性

流动性是与润滑剂的供给性是否良好直接相关的检查项目，通过将润滑剂以喷涂方式供给至被加工材料表面时的润滑剂喷出状态来对流动性进行评价。

表1中“流动性”栏中的符号意义如下：

○：良好。表示润滑剂的喷出状态良好。

△：合格。表示润滑剂的喷出状态稍差。

×：不合格。表示润滑剂不能喷出。

(5)综合评价

综合评价是将“耐烧粘性”、“耐腐蚀性”、“附着性”、“爆沸性”以及“流动性”这5个项目的全部评价进行综合后的评价结果。具体而言，将5项评价中各自最差的评价结果作为“综合评价”。例如，5项之中如果有1项为×，那么即使其他4项均为○，“综合评价”也为×。这是由于在5项检查的被评价的性能中即使只有一项不合格，也不能将这种润滑剂供热加工使用。

表1中“综合评价”栏中的符号意义如下：

○：良好。表示5项全为○。

△：合格。表示5项全为○或△。

×：不合格。表示5项中的其中1项为×。

(表1)

从表1可以得出以下结论。

本发明的例子1～4均满足本发明的规定。因此，其综合评价均为良好(○)。这些润滑剂均具有优异性能。

在比较例1中，氧化铁含量比本发明的规定量少，水分含量超过本发明的规定范围。因此，产生爆沸现象，使润滑剂不能附着于被加工材料表面，从而不能实现防烧粘效果。

在比较例2中，氧化铁含量比本发明的规定量多。因此，润滑剂流动性稍差，妨碍了润滑剂顺利附着于被加工材料和导块之间的界面。其结果为发生轻微烧粘。

在比较例3中，硅酸钠含量比本发明的规定量少，水分含量超过本发明的规定范围。因此，产生轻微的爆沸现象，降低了润滑剂的附着性。其结果为发生大范围烧粘。

在比较例4中，硅酸钠含量超过本发明的规定量，与氧化铁含量相比硅酸钠含量过多。因此，降低了氧化铁的防烧粘效果。

在比较例5中，杂质含量超过本发明的规定范围。因此，在耐腐蚀性试验中产生腐蚀现象。

在比较例6中，水分含量略少于本发明规定范围。因此，降低了润滑剂的流动性，发生烧粘。

在比较例7中，水分含量超过本发明的规定范围。因此，产生爆沸现象，从而润滑剂不能附着于被加工材料表面，发生大范围烧粘。

实施例2

确认时间对润滑剂效果所产生的影响，该时间是指从润滑剂被涂布于被加工材料表面至开始穿孔轧制的时间。

改变了将上述表1中的本发明例子1的润滑剂涂布于被加工材料外表面之后至开始穿孔轧制的时间。其他条件与实施例1相同。调查了润滑性(与实施例1的“耐烧粘性”相同的评价)以及是否在被加工材料(空心管坯)外表面产生缺陷。

在表2中显示调查结果。

表2中“润滑性”栏中的符号意义如下：

○：良好。表示未发生烧粘。

△：合格。表示发生轻微烧粘。

×：不合格。表示发生大范围的显著烧粘。

表2中“外表面缺陷”栏中的符号意义如下：

○：良好。表示未产生缺陷。

△：合格。表示产生少许缺陷。

×：不合格。表示产生很多缺陷。

(表2)

从表2中可以得出以下结论：

从将润滑剂喷涂于被加工材料表面至开始穿孔轧制的时间为0～1秒的情况下，不论润滑性还是外表面缺陷表现均为良好。另一方面，从将润滑剂喷涂于被加工材料表面至开始穿孔轧制的时间超过1秒的情况下，润滑性以及外表面缺陷表现均有变差的倾向，并且该时间一旦超过60秒，润滑性变差，在空心管坯外表面产生很多缺陷。

本发明能够被有效地利用于以热加工方式制造无缝钢管。

Claims

1.一种无缝钢管制造方法，其特征在于，将热加工用润滑剂涂布于被加工材料的表面后，在1秒以内对该被加工材料进行穿孔轧制，

该热加工用润滑剂中含有20～40质量％的氧化铁以及10～30质量％的硅酸钠，

杂质含量为3质量％以下，

水分含量为40～60质量％。