CN102277221B

CN102277221B - 不锈钢挤管玻璃润滑剂

Info

Publication number: CN102277221B
Application number: CN 201110115128
Authority: CN
Inventors: 段素杰; 陈培良; 邹丰; 王长城; 李锡春; 罗洪春
Original assignee: HUZHOU JIULI EXTRUSION SPECIAL STEEL CO Ltd; Beijing Tianlichuang Glass Technology Development Co ltd
Current assignee: HUZHOU JIULI EXTRUSION SPECIAL STEEL CO Ltd; Beijing Tianlichuang Glass Technology Development Co ltd
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: CN102277221A

Abstract

本发明提供一种不锈钢挤管玻璃润滑剂。该润滑剂由新型玻璃配方的外涂粉GW8、内涂粉GN26和玻璃垫GD19三种玻璃构成，分别作用于滚涂或喷涂阶段、扩孔阶段和挤压阶段。相比现有的同类产品，本发明的润滑剂具有更好的防护润滑性能。使用本发明的产品，不锈钢管表面缺陷少，可显著降低修磨率。

Description

不锈钢挤管玻璃润滑剂

技术领域

本发明涉及新型玻璃润滑剂，尤其涉及不锈钢无缝钢管热挤压用玻璃润滑剂。

背景技术

不锈钢挤压是一种金属热成型的方法，是在再结晶温度以上的温度条件下进行的挤压。不锈钢挤压就是将钢坯从一个模孔挤出，得到模孔形状的断面。不锈钢挤压大多采用玻璃作为润滑剂，因为采用油脂和石墨作润滑剂，无法满足钢挤压过程中耐高温高压的要求，从而会导致润滑性能差，挤压制品缺陷多，模具寿命短。

由于玻璃润滑剂在高温具有一定的粘度和较好的绝热效果，挤压时使用可以尽可能地使接触表面的干摩擦转变为边界摩擦，从而提高了制品的表面质量和工模具的使用寿命，而且由于降低了挤压工模具对金属锭坯的冷却作用，减少了工模具对金属锭坯的摩擦阻力，使金属流动的不均匀性减少，提高了挤压制品的性能，并使挤压能耗降低。

自上世纪40年代开始，国内外很多研究者陆续开发出各种不锈钢挤管玻璃润滑剂，很好的改善了钢管内外表面质量，降低了修磨率，同时延长了模具使用寿命。不锈钢管热挤压用玻璃润滑剂通常分为三种玻璃润滑剂(外涂粉、内涂粉和玻璃垫)，分别作用于第一阶段不锈钢挤管生产的钢坯表面滚涂或喷涂阶段、第二阶段钢坯中心的扩孔阶段和第三阶段钢坯整体的挤压阶段(以下分别简称第一阶段、第二阶段、第三阶段)。现有的第三阶段的玻璃润滑剂按照性质可分为两种：一种是低软化点、低粘度的玻璃，一种是高软化点、高粘度的玻璃。前者在与钢坯接触瞬间熔化速度快，即瞬熔性良好，挤压过程中几乎无高硬度的玻璃颗粒，自然不会对钢管造成划伤，但是由于其粘度低，肯定会出现厚膜润滑的效果，即钢管表面出现“橘皮状”的条纹，所以修磨率高，所需余量大；后者由于粘度高，会出现薄膜润滑效果，即钢管表面光滑，色泽明亮，但是一般瞬熔性较差，挤压过程中的未熔玻璃颗粒会对钢管表面造成划伤，同样是修磨率高，所需余量大。

可见，对于第三阶段挤压阶段来讲，玻璃粘度无论是低还是高，都会造成钢管表面质量差，主要表现为：如图1所示，金属表面无光泽、有橘皮状条纹、撕裂痕、点划线、针眼、槽型划痕等缺陷，最终都很难挤压出产无需修磨的不锈钢管。

发明内容

1.本发明要解决的技术问题

本发明是针对上述问题而进行的，并且其一个目的在于出产无需修磨的不锈钢管。

2.解决技术问题的手段

本发明的发明人发现，采用以下技术方案可以解决本发明的技术问题：

(1)一种不锈钢挤管玻璃润滑剂，包括在不锈钢挤管生产的钢坯表面滚涂或喷涂阶段中使用的外涂粉、在钢坯中心的扩孔阶段和挤压阶段中使用内涂粉和在钢坯整体的挤压阶段中使用的玻璃垫，其特征在于：按重量百分比计外涂粉各成分包括：SiO₂55-67，Al₂O₃0-3，CaO6-14，MgO0-4，BaO0-2，K₂O+Na₂O15-24，F0-1.5，B₂O₃5-11，杂质0-3；按重量百分比计内涂粉各成分包括：SiO₂62-75，Al₂O₃0-3，CaO6-12，MgO0-7，BaO0-2，K₂O+Na₂O8-20，F0-1.5，B₂O₃0-3，杂质0-3；按重量百分比计玻璃垫各成分包括：SiO₂50-65，Al₂O₃2-10，CaO15-40，MgO0-15，BaO0-8，K₂O+Na₂O0-8，F0-1.5，B₂O₃0-2，杂质0-3。

(2)根据(1)所述的不锈钢挤管玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计外涂粉颗粒组成中150目下所占比例超过92％。

(3)根据上述任何一项所述的不锈钢挤管玻璃润滑剂，其中按重量百分比计外涂粉颗粒组成为：100目-150目0-2，150目-200目90-95，200目下2-10。

(4)根据上述任何一项所述的不锈钢挤管玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计内涂粉颗粒组成为：30目-80目80-90，80目-150目10-20。

(5)根据上述任何一项所述的不锈钢挤管玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计玻璃垫颗粒组成为：30目-80目65-75，80目-150目10-20，150目下10-20。

3.本发明的技术效果

本发明提供的新型不锈钢挤管玻璃润滑剂，由于作用于第一阶段外涂粉GW8和第二阶段的内涂粉GN26的良好的防护润滑作用以及作用于第三阶段的玻璃垫GD19在挤压过程中所具备的低软化点，高析晶速率、最佳的综合粘度等特性，从而可以生产出无需修磨的不锈钢管。

附图说明

图1是显示采用现有技术玻璃润滑剂生产的钢管的表面缺陷的照片。其中图1a显示了点划线形式的表面缺陷，图1b显示了橘皮状条纹形式的表面缺陷，图1c显示了针眼形式的表面缺陷，图1d显示了纵贯槽型划痕形式的表面缺陷。

图2是显示采用根据本发明一个实施方案的玻璃润滑剂生产的钢管的表面缺陷的照片。其中图2a显示了轻微槽型划痕形式的表面缺陷，图2b显示了轻微橘皮状条纹形式的表面缺陷，图2c显示了轻微压坑形式的表面缺陷，图2d显示了轻微针眼形式的表面缺陷。

图3是显示采用根据本发明优选实施方案的玻璃润滑剂生产的具有优良表面的钢管的照片，其中图3a、图3b是表面近观，图3c是表面远观。

具体实施方式

本发明的玻璃润滑剂由外涂粉GW8、内涂粉GN26和玻璃垫GD19三种玻璃构成。

GW8软化点低、瞬熔性良好，其粘度在1220℃的一般作业温度下仅为Log1.8，而且其颗粒组成中，150目下所占比例超过92％，整体成粉状，比表面积小，很容易吸收热量。所以在接触热金属时GW8能够迅速液化粘附在其表面，达到防护润滑的目的。在GW8的组成物中SiO2是组成玻璃骨架的主要氧化物，并能稳定其他各组分。GW8中SiO2重量百分比范围是55％-67％，太低不利于玻璃整体的稳定性，太高则会使粘度偏大；Al2O3也可形成玻璃骨架，并且在阻止玻璃分相和抗水性方面起很大作用。GW8中Al2O3重量百分比范围是0-3％，最好是0.8％-2.5％。因为玻璃中Al2O3含量太低，玻璃抗水性变差，失透危险也会增加；太高则会增大玻璃粘度。即是说，在GW8中SiO2、Al2O3含量过高都会引起玻璃粘度偏高，这不仅会降低到玻璃的瞬熔性，造成粘附不良，影响挤管表面质量。而且窑炉生产时如果玻璃粘度偏大，则玻璃液流速变缓，挥发份增多，均化澄清不良，大大影响玻璃产量、质量及其稳定性。GW8中CaO重量百分比范围是6％-14％，还可以加入重量百分比0-4％的MgO，二者混合使用。加入适量MgO可使其具有更好的工艺性能。在本发明GW8玻璃组成物中B2O3属玻璃网络形成体，R2O(K₂O+Na₂O)、F属于网络外体，但是三者都具备良好的助熔功效，而且都易挥发。但是B2O3和F的挥发物具有一定的污染，尤其是F还对窑炉砖有很强的侵蚀作用，所以二者使用量不能太多，特限定如下：B2O3的重量百分比为5％-11％，F的重量百分比为0-1.5％，R2O的重量百分比为15％-24％。另外玻璃中还可加入0-0.8％的TiO2，可起到降低高温时玻璃粘度的作用。由于完全或部分使用矿物原料，玻璃中必然会被带入相当量的杂质。除上述的玻璃组分外，其余组分如Fe2O3、FeO、SO3、Cr3O2等都可视为杂质，并限定其重量百分比为0-3％。通过以上玻璃组分的搭配调整，本发明中GW8的软化点(75％点)温度可被限定在700℃-850℃，流动点(25％点)温度可被限定在800℃-1000℃；工作温度1200℃时，粘度可被限定在Log1.5-Log2.0。

GN26瞬熔性良好、料性较长，在第二阶段扩孔阶段，热金属温度即作业温度为1220℃，GN26的粘度接近Log3，可有效的使接触表面的干摩擦转变为边界摩擦，起到隔热润滑的作用。不同于第一阶段，扩孔阶段实际上就是钢管新的内表面生成阶段。内涂粉一定要施加在金属内壁与扩孔芯棒之间，随着被排开的热金属一起流动，形成新的金属内表面。所以对GN26的颗粒组成的要求就是要具备相当量的粗颗粒，30目-80目含量最好是80％-90％，这样可以保持玻璃在挤压过程中的熔化速率和粘度，不会因为粗颗粒过多产生未熔硬料而划伤金属内表面，也不会因为细粉过多熔速过快而出现润滑不良；80目-150目的细颗粒可被允许含量最好控制在10％-20％，太多会因熔速过快引起润滑不良，太少则会降低成品率，增加不必要的成本消耗，而且细颗粒可以在玻璃刚刚接触热金属而粗颗粒要熔未熔的时候首先熔化，起到承接的作用。在GN26的组成物中SiO2是组成玻璃骨架的主要氧化物，并能稳定其他各组分。GN26中SiO2重量百分比范围是62％-75％，太低不利于玻璃整体的稳定性和长料性的维持，太高则会使粘度偏大，瞬熔性不良；Al2O3也可形成玻璃骨架，并且在阻止玻璃分相和抗水性方面起很大作用。GN26中Al2O3重量百分比范围是0-3％，最好是1％-3％。因为玻璃中Al2O3含量太低，玻璃抗水性变差，失透危险也会增加；太高则会增大玻璃粘度。即是说，在GN26中SiO2、Al2O3含量过高都会引起玻璃粘度偏高，这不仅会降低到玻璃的瞬熔性，造成粘附不良，影响挤管表面质量，而且窑炉生产时如果玻璃粘度偏大，则玻璃液流速变缓，挥发份增多，均化澄清不良，大大影响玻璃产量、质量及其稳定性。GN26中CaO重量百分比范围是6％-12％，还可以加入重量百分比0-7％的MgO，二者混合使用。加入适量MgO可使其具有更好的工艺性能。在本发明GN26玻璃组成物中B2O3属玻璃网络形成体，R2O、F属于网络外体，但是三者都具备良好的助熔功效，而且都易挥发。但是B2O3和F的挥发物具有一定的污染，尤其是F还对窑炉砖有很强的侵蚀作用，所以二者使用量不能太多，特限定如下：B2O3的重量百分比为0-3％，F的重量百分比为0-1.5％，R2O的重量百分比为8％-20％。。另外玻璃中还可加入0-0.8％的TiO2，可起到降低高温时玻璃粘度的作用；加入2％左右的高温澄清剂，缩短澄清时间。由于完全或部分使用矿物原料，玻璃中必然会被带入相当量的杂质。除上述的玻璃组分外，其余组分如Fe2O3、FeO、SO3、Cr3O2等都可视为杂质，并限定其重量百分比为0-3％。通过以上玻璃组分的搭配调整，本发明GN26中的软化点(75％点)温度可被限定在750℃-1150℃，流动点(25％点)温度可被限定在1100℃-1340℃；工作温度1220℃时，粘度可被限定在Log2.8-Log3.2。

作用于第三阶段的玻璃垫GD19对于钢管挤压起到决定性的作用。其瞬熔性优良，料性极短，具有很强的析晶倾向和析晶速率。挤压作业温度一般为1200℃-1220℃。此时，接触到钢坯的玻璃垫受热瞬间熔融，在大量液相产生同时，晶核出现并迅速长大。由于适量的固相出现(经检测此时玻璃的析晶度在30％-40％)，玻璃整体粘度极速提高至Log2.8--Log3.2。首先而且迅速熔化的是细粉，即150目下，所占比例应该控制在10％-20％，保证挤压前的液相量。其次是中小颗粒，即80目-150目，所占比例应该控制在10％-20％。在150目下细粉变成液相的同时，80目-150目颗粒也开始熔化，液化并有少量晶体形成，为挤压做好准备。最后是粗颗粒，即30目-80目，所占比例应该控制在65％-75％。此时挤压开始，液相量不断增加，再加上挤压热的释放对空间温度的维持，晶核也不断产生并长大，所以整个挤压过程中，玻璃整体几乎一直保持Log3左右的粘度并形成层层熔化的效果，防护良好，润滑均匀，实现接触表面的干摩擦向边界摩擦转变的过程。在GD19的组成物中SiO2是组成玻璃骨架的主要氧化物，并能稳定其他各组分。GD19中SiO2重量百分比范围是50％-65％，太低不利于玻璃整体的稳定性，太高则会使粘度偏大，瞬熔性不良；Al2O3也可形成玻璃骨架。GD19中Al2O3重量百分比范围是2％-10％。玻璃中Al2O3含量太低，玻璃抗水性变差，太高则会增大玻璃粘度。即是说，在GD19中SiO2、Al2O3含量过高都会引起玻璃粘度偏高，这不仅会降低到玻璃的瞬熔性，造成粘附不良，影响挤管表面质量，而且窑炉生产时如果玻璃粘度偏大，则玻璃液流速变缓，挥发份增多，均化澄清不良，大大影响玻璃产量、质量及其稳定性。最重要的一点，SiO2和Al2O3的用量过大，必然压缩CaO和MgO的用量，玻璃垫的结晶特性就无法达到良好的效果。GD19中CaO重量百分比范围是14％-40％，还可以加入重量百分比0-15％的MgO，重量百分比0-8％的BaO，三者混合使用，保证熔融玻璃的析晶速率和析晶量(玻璃的析晶度在30％-40％)。而且产生的晶体类型只有硅灰石透辉石，它们熔点都低于1300℃，不会对工业生产造成太大困难。加入适量MgO还可使其具有更好的工艺性能。在本发明GD19玻璃组成物中R2O属于网络外体，具备良好的助熔功效，易挥发。本发明所限定GD19中R2O重量百分比范围是0％-8％。用量太低则缺少助溶剂的玻璃熔融十分困难，太高则影响玻璃失透。另外玻璃中还可加入0-0.8％的TiO2，可起到降低高温时玻璃粘度的作用；必要时还可加入0-2％的B2O3和0-1.5％的F2，同样可以起到降低玻璃高温粘度的作用；加入2％左右的高温澄清剂，缩短澄清时间。由于完全或部分使用矿物原料，玻璃中必然会被带入相当量的杂质。除上述的玻璃组分外，其余组分如Fe2O3、FeO、SO3、Cr3O2等都可视为杂质，并限定其重量百分比为0-3％。通过以上玻璃组分的搭配调整，本发明中GD19的软化点(75％点)温度可被限定在1100℃--1300℃，流动点(25％点)温度可被限定在1250℃--1300℃；工作温度1220℃时，粘度可被限定在Log2.8--Log3.2。

本发明的不锈钢挤管玻璃润滑剂中的各组成物可从适当原料中获取(如石英砂中的SiO2，石灰石中的CaO)，按配方配比配料。例如GW8中可加入45％的石英砂，20％的十水硼砂，15％的石灰石和20％的纯碱；GN26中可加入65％的石英砂，5％的石灰石，20％的白云石和10％的纯碱；GD19中可加入35％的石英砂，10％的高岭土，22％的石灰石，28％的白云石，2％的碳酸钡，0.5％的纯碱和2.5％的纯碱。用现有方法将适当比例的原料混匀，使均匀度达到95％以上，然后将配合料放入池窑中熔化并澄清。

若采用本发明生产不锈钢挤管玻璃润滑剂，首先将澄清良好的玻璃液引流出窑炉，将玻璃液迅速冷却并粉碎成颗粒，保证其干燥。采用但不限于球磨的方式将GW8加工成粉状，过筛，取150目-200目之间的玻璃粉为成品；采用但不限于对辊破碎方式将GN26加工成颗粒，过多重筛，按照所需比例将各级配颗粒混匀为成品；采用但不限于对辊破碎方式将GD19加工成颗粒，过多重筛，按照所需比例将各级配颗粒混匀为成品。

不锈钢热挤压流程如下：经过钻床、车床与打磨，得到带孔的圆柱形钢坯(例如：外径280mm，内径60mm，高度600mm)。钢坯进入转炉，缓慢加热至800℃，传送至中频炉，快速加热至1200℃，传送至滚涂或喷涂位置，施加外涂粉GW8。钢坯被立起，施加内涂粉GN26，扩孔，传送至中频炉，快速升温至1220℃，传送进入挤压筒，在钢坯与挤压模具之间嵌入玻璃垫(玻璃垫需要制作：在GD19中掺入3％-5％的水玻璃，经过搅拌均化、挤压成型、热室烘干三个步骤完成)，开始挤压。挤出的红热钢管被传送进入水冷池，一段时间后，冷却的钢管被捞出，批量送至酸洗池(一般使用稀释的氢氟酸)。洗净的钢管经过修磨、校直、切割、打磨、剖光等工艺步骤之后进行包装入库。

以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行具体说明，但本发明不受以下实施例的任何制约。其中总含量略小于或大于100％，可理解为残余量是无法分析出的微量成分或杂质。

实施例1

采用外涂粉844-7+内涂粉A5+玻璃垫A5的组合(搭配组合方式1)作为不锈钢挤管玻璃润滑剂，生产不锈钢挤压钢管。

外涂粉844-7和内涂粉A5的组成和有关性能参数如下：

化学成分，单位％：

	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	Fe2O3	TiO2	R2O	B2O3
									A5	35-58	3-20	0-8	0-8	0.1	0-12	2-18	0-15
844-7	20-50	0-12	0-17	0-12	0.15	0-4	15-30	10-28

高温物性数据，单位℃：

高温粘度数据，单位℃：

Logη＝	2.0	2.5	3.0
				A5	1400±30	1300±30	1170±30
844-7	1180±30	1080±30	1000±30

粒度数据：

A5依目数有五种规格：20目～40目，40目～60目、60目～80目、80目～100目、100目下。可以选择不同的规格按比例混匀使用。例如：100Kg混合玻璃，可称取20目～40目的20Kg，40目～60目的30Kg，60目～80目的10Kg，80～100目的30Kg，100目下的10Kg。

844-7成品规格是150目。

图1是显示采用现有技术玻璃润滑剂，即搭配组合方式1生产的钢管的表面缺陷的照片。其中图1a显示了点划线形式的表面缺陷，图1b显示了橘皮状条纹形式的表面缺陷，图1c显示了针眼形式的表面缺陷，图1d显示了纵贯槽型划痕形式的表面缺陷。以上各种缺陷都比较严重，修磨率很高，更严重的会造成钢管报废，如贯穿型针眼。

实施例2

类似于实施例1组合形成玻璃润滑剂，但是将玻璃垫换成GD19，即，玻璃润滑剂搭配组合方式2为外涂粉844-7+内涂粉A5+玻璃垫GD19，采用此玻璃润滑剂生产的钢管的表面状态的照片显示在图2中。

图2显示采用玻璃搭配组合方式2生产的钢管的表面缺陷。其中图2a显示了轻微槽型划痕形式的表面缺陷，图2b显示了轻微橘皮状条纹形式的表面缺陷，图2c显示了轻微压坑形式的表面缺陷，图2d显示了轻微针眼形式的表面缺陷。很明显，图2这组照片虽然显示钢管表面仍旧存在缺陷，但是相比较图1轻微很多，需要简单修磨即可，不会有废品出现。

玻璃垫GD19的组成和性能参数如下表所示：

上述化学成分采用美国热电公司生产的X射线荧光谱仪，其单位是重量百分比；颗粒组成采用新乡雷蒙特机械有限公司生产的雷蒙特三次元筛分过滤机，其单位是重量百分比；高温物性是采用北京电影研究所生产的GX-III型高温物性测试仪，其单位是℃；高温粘度是采用美国Theta生产的旋转式高温粘度测量仪，其单位是℃。

实施例3

类似于实施例2组合形成玻璃润滑剂，但是将外涂粉换成GW8，并且将内涂粉换成GN26，即，玻璃润滑剂搭配组合方式3为GW8+GN26+GD19，采用此玻璃润滑剂生产的钢管的表面状态的照片显示在图3中。

外涂粉GW8的组成和性能参数：

表中化学成分、颗粒组成、高温物性和高温粘度的测量方法和单位同实施例2。

内涂粉GN26的组成和性能参数：

采用上述GW8、GN26、GD19组合而成的玻璃润滑剂生产钢管，获得了具有优良表面的钢管。图3是显示采用本发明玻璃润滑剂生产的具有优良表面的钢管的照片，其中图3a、图3b是表面近观，图3c是表面远观。这些钢管几乎没有表面缺陷。

使用实施例1的玻璃润滑剂每根钢管缺陷大概平均有5个左右，而使用实施例2和3的玻璃润滑剂多数没有缺陷，10根钢管里面也就有2根有缺陷，而且缺陷数量不超过3个，修磨率降低80％以上。

Claims

1.一种不锈钢挤管玻璃润滑剂，包括在不锈钢挤管生产的钢坯表面滚涂或喷涂阶段中使用的外涂粉、在钢坯中心的扩孔阶段和挤压阶段中使用内涂粉和在钢坯整体的挤压阶段中使用的玻璃垫，其特征在于：按重量百分比计外涂粉各成分包括：SiO₂55-67，Al₂O₃0-3，CaO6-14，MgO0-4，BaO0-2，K₂O+Na₂O15-24，F0-1.5，B₂O₃5-11，杂质0-3；按重量百分比计内涂粉各成分包括：SiO₂62-75，Al₂O₃0-3，CaO6-12，MgO0-7，BaO0-2，K₂O+Na₂O8-20，F0-1.5，B₂O₃0-3，杂质0-3；按重量百分比计玻璃垫各成分包括：SiO₂50-65，Al₂O₃2-10，CaO14-40，MgO0-15，BaO0-8，K₂O+Na₂O0-8，F0-1.5，B₂O₃0-2，杂质0-3。

2.根据权利要求1所述的不锈钢挤管玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计外涂粉颗粒组成中150目下所占比例超过92％。

3.根据权利要求2所述的不锈钢挤管玻璃润滑剂，其中按重量百分比计外涂粉颗粒组成为：100目-150目0-2，150目-200目90-95，200目下2-10，条件是总的外涂粉颗粒组成为100。

4.根据权利要求1所述的不锈钢挤管玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计内涂粉颗粒组成为：30目-80目80-90，80目-150目10-20。

5.根据权利要求1所述的不锈钢挤管玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计玻璃垫颗粒组成为：30目-80目65-75，80目-150目10-20，150目下10-20。