CN109504513B - 一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：基础液、水溶性极压剂、润滑剂、脂肪酸酯类防锈剂、偶合剂、水溶性减磨剂、PH值调节剂，所述基础液为二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇200、聚丙二醇200、丙三醇中的一种或几种混合物，所述水溶性极压剂为高分子聚合磷酸酯和硼酸酯的混合物，所述润滑剂为油酸聚乙二醇酯、月桂酸六聚甘油单酯、月桂酸单甘油酸，所述偶合剂为二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、丙二醇单丁醚、二丙二醇单丁醚中的一种或几种混合物，所述水溶性减磨剂为脂肪酸聚乙二醇酯或脂肪酸聚甘油酯。本发明经济效益高，非常环保，制备简单。

Description

一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液及其制备方法

技术领域

本发明涉及冷轧液技术领域，尤其涉及一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液及其制备方法。

背景技术

随着国民经济的发展，我国装备制造业对不锈钢及特种高合金无缝钢管的应用越来越广泛，如汽车、造船、化工、机械制造、火电、核电、航天、军事等领域要求也越来越高，无缝钢管行业生产设备也朝高速化、精密化、集约化、自动化方向发展；但生产工艺用的润滑剂技术，无论国外还是国内，都没有长足的发展，基本还是传统氯化石蜡添加剂为主的老工艺技术。

目前国内外不锈钢无缝钢管企业主要生产工艺为热穿孔-----冷轧------冷拔等方式，其中冷轧加工润滑工艺方面：由最初的不锈钢管表面镀铜，再配合皂化液或普通机械油润滑冷却工艺，发展到机油配合氯化石蜡使用，该工艺方式为目前大多数小企业采用，一些大企业客户使用专业润滑剂公司生产的不锈钢无缝管冷轧润滑油，但该润滑油的主要成分还是矿物油和氯化石蜡，其中氯化石蜡含量甚至高达50％以上，某国外进口品牌甚至高达75％以上。

后处理脱脂方面：各钢管企业基本都采用硝酸+氢氟酸酸洗工艺脱脂或采用石油烃类溶剂油(如煤油)浸泡预脱脂然后再酸洗，部分光亮管采用水溶性碱性清洗剂脱脂。

现有技术的缺点：

1、冷轧加工工艺方面：含氯添加剂冷轧油润滑机理：在金属冷成型加工过程中，摩擦副之间摩擦产生热量，当加工变形区域温度升至150℃左右时，氯化石蜡添加剂变得非常活泼，很容易热分解，释放出氯化氢与金属模具和金属工件产生化学反应，在金属表面生成一层氯化亚铁固体润滑膜(因工件与模具均参与化学反应，所以将该固体膜称之为牺牲型润滑膜)，起到很好的隔离工件与模具的作用。该固体膜在350～400℃之间起到很好的润滑作用。但氯化亚铁固体膜最大缺点就是氯化亚铁完全溶于水中，在后续清洗脱脂工艺中，无论是碱洗还是酸洗，氯化亚铁固体膜都会溶解于水溶液中，这样势必影响工件表面光洁度；在酸洗工艺中影响更大，因为钢管表面在冷轧过程中形成的氯化亚铁固体膜，会源源不断的溶解于酸洗缸中，时间越久，酸缸中氯离子浓度会越来越高，这样很容易造成不锈钢管过酸洗，造成产品质量低下，而过酸的钢管由于表面含铬钝化膜被破坏，形成部分贫铬区，没有氧化铬钝化膜的保护，不锈钢就跟碳钢一样，放置空气中没多长时间，就生锈了，造成不锈钢不防锈了，成品合格率大大降低。加工过程中，润滑性能虽然可以完全满足现有工艺要求，包括高速轧机，但这样高速加工过程中发热量变大，油温迅速升高产生大量油雾，对车间空气环境及操作人员健康非常不利，部分大企业采用油雾收集装置可大大改善这一现状，但又额外增加生产成本。在冷轧加工过程中，冷轧外润滑剂循环使用与空气充分接触，这样导致空气中的水分不可避免的混入润滑剂中，而含氯冷轧油主要润滑作用是在高温条件下生成氯化亚铁固体润滑膜，此时如果冷轧油中含有一定的水分，高温生成的氯化亚铁固体润滑膜就会部分溶解于冷轧油的水分中，导致润滑膜失效，但在高温摩擦条件下，由于氯化石蜡非常活泼又会在失效部位生成新的氯化亚铁固体膜，新的固体膜在有水分的情况下又会迅速溶解于水中而失效，既而形成生成固体膜，遇水失效，再生成固体膜再失效的恶性循环。这样的结果就是加工模具(芯头和孔型)的寿命大大缩短。(该情况在实际运用中已有实际案例,含氯冷轧油在含水的情况下，大大缩短模具使用寿命。而同样机台，彻底清洗后换用新含氯冷轧油，在油中水分含量很少的情况下，与别的同样机台作对比，仅有冷轧油含水与否的差别，芯头使用寿命相差好几倍)当含氯冷轧油在加工过程中混入水分后，还会对设备轴承等润滑部位产生腐蚀，特别是夏天梅雨季节来临，空气湿度增大，进入冷轧油中水分增多，在反复使用过程中水分不断溶解模具及钢管表面生成的氯化亚铁固体膜，这样使冷轧润滑油中产生较多的氯离子，导致设备轴承腐蚀损坏，不仅增加维修成本，由于维修设备还导致停工停产，影响生产效率。

2、脱脂工艺方面，润滑剂不易脱脂清洗，现有含氯化石蜡添加剂冷轧油在脱脂去油方面，非常困难，尤其是小尺寸规格的钢管更加困难，所以部分润滑剂生产企业采取在润滑剂中预先添加乳化剂的方式，这样较之前脱脂能力大为改善，但对小尺寸规格钢管仍不是十分理想，于是大多数钢管企业在轧机旁边放置一口煤油缸，将轧制好的钢管放入煤油中浸泡一段时间预脱脂(简称在线脱脂)这样后续酸脱脂就比较容易些，但煤油溶剂容易挥发，车间环境弥散油雾，带来操作工人职业健康及着火危险等方面的隐患。使用煤油预脱脂也额外增加脱脂方面成本支出，另外预脱脂清洗后，产生的煤油含氯润滑剂混合废液，需交给环保部门认定的有关专业机构集中处置，该环节又会产生一大笔危险废物处置费用。

3、环保方面，脱脂工艺后，会产生大量废酸，而且是含大量氯离子废酸，有煤油预脱脂工艺的企业还会产生大量煤油与含氯冷轧油的混合废液，在环保要求日益严峻的今天，含氯废液后处理工艺复杂且成本高昂。

长期以来氯化石蜡作为一种传统的含氯极压剂，通过石蜡和氯气氯化工艺制得，按照所选用的石蜡原料的碳链长短，可以将制得的氯化石蜡相应的区分为短链氯化石蜡(碳数在10～13之间)(SCCP)：SCCP已证明对环境危害极大，而且被列为致癌物，在发达国家已经被禁用；中链氯化石蜡(碳数在14～17之间)(MCCP):在欧洲和日本实际上很少使用，在美国依然大量使用；长链氯化石蜡(碳数在18以上)(LCCP):在欧洲和日本很少使用，在美国依然大量使用。

氯化石蜡除了容易热分解产生氯化氢外，在采用焚烧法处理废油时经常由于焚烧的温度不是足够高，而产生致癌的二恶英，这是目前为止被发现的一种危害人体健康最厉害的化学物质，因此二恶英被称为“世纪之毒”，对环境和水生物危害极大，所以氯化石蜡是环境中致癌物和水生物毒性的潜在污染源，尤其以短链氯化石蜡对淡水和海水的污染最为严重，在欧盟化学品注册、评估、许可和限制的咨询文件(REACH法规)中，短链氯化石蜡被列入对环境、人体毒性较大且风险高的16种物质之一，中链氯化石蜡也正在被严格加以限制使用。在欧盟，有氯化石蜡的金属加工液不仅要加贴“严重海洋污染物”等标签，而且处理含氯化石蜡的废金属加工液时，也受到严格管理和控制。而在加拿大，更是把包括长链氯化石蜡在内的所有氯化石蜡均列为有毒物质加以禁用。纯油性金属加工液废液处理取决于其是否含氯化石蜡和重金属，氯化石蜡基本没有可生物降解性，在高温焚烧时会产生二恶英，没有氯化石蜡的废液可以通过废油再炼制/精制获得再生基础油或者采取焚烧等方法进行处理。因此从废液排放角度看，氯化石蜡必然出局。

氯化石蜡在美国的最新法规进展，美国环保署(EPA)估计美国每年的氯化石蜡用量约为1.5×10⁸lb(1lb≈454g),但行业信息估计约为5×10⁷～6×10⁷lb，其中约40％用于金属加工液(约合10000吨以上)。早在2012年EPA曾处罚过美国最大的两家氯化石蜡生产商，EPA本来要求最早于2016年5月以后停止MCCP(中链氯化石蜡)和LCCP(长链氯化石蜡)的生产，这意味着今后的金属加工液可能无法使用任何一种氯化石蜡。但是氯化石蜡生产商联合金属加工液生产商就此事与EPA进行了博弈，氯化石蜡行业协会和独立润滑剂生产商协会仍认为要替代氯化石蜡极压剂，技术上仍不成熟，且存在增加成本，削弱竞争力的风险，他们希望能够使EPA相信禁止使用氯化石蜡是错误的做法，至少在2016年5月禁止使用这一产品是不现实的，所以最新情况是此期限将会延长一年。

我国在新出台的《金属加工液有害物质的限量要求和测定方法》中也将短链(碳数13以下)氯化石蜡列为禁用物质，中长链(碳数14以上)氯化石蜡列为限用物质。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液。

一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：基础液、水溶性极压剂、润滑剂、脂肪酸酯类防锈剂、偶合剂、水溶性减磨剂、PH值调节剂，所述基础液为二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇200、聚丙二醇200、丙三醇中的一种或几种混合物，所述水溶性极压剂为高分子聚合磷酸酯和硼酸酯的混合物，所述润滑剂为油酸聚乙二醇酯、月桂酸六聚甘油单酯、月桂酸单甘油酸，所述偶合剂为二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、丙二醇单丁醚、二丙二醇单丁醚中的一种或几种混合物，所述水溶性减磨剂为脂肪酸聚乙二醇酯或脂肪酸聚甘油酯，所述PH值调节剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种混合物。

优选的，所述的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：二乙二醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、油酸聚乙二醇酯、二乙二醇单丁醚、三乙醇胺。

优选的，所述的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：丙三醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、月桂酸六聚甘油单酯、三乙二醇单丁醚、三乙醇胺。

优选的，所述的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：二乙二醇、三乙二醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、月桂酸单甘油酯、二丙二醇单丁醚、三异丙醇胺、三乙醇胺。

优选的，所述的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：二乙二醇、丙三醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、月桂酸六聚甘油单酯、三乙二醇单丁醚、三乙醇胺。

本发明还提出了一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液的制备方法，包括以下步骤：

S1：将基础液搅拌升温至40～50℃，然后依次加入水溶性极压剂、润滑剂、脂肪酸酯类防锈剂、偶合剂、水溶性减磨剂、PH值调节剂搅拌均匀即可。

本发明提出的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，具有以下优点，

1、产品质量及合格率方面，润滑剂采用非氯添加剂后，不用担心氯离子对不锈钢的腐蚀及过酸洗问题，大大提高产品成品率，后续也不用因腐蚀缺陷而对钢管采取表面抛光工艺，提升产品精度，增加附加值。

2、后处理工序方面，直接用碱水即可清洗，可以省掉酸洗去油或煤油溶剂去油，大大节省去油工序人工及物料成本。

3、设备及模具方面，不含氯化添加剂，不会腐蚀模具及设备，延长模具及设备寿命，也为企业省下一大笔费用。

4、车间环境改善，采用水溶性冷轧液后，车间不会产生刺鼻的有毒分解物了。

5、废液环保处理方面，现在氯化石蜡添加剂在国外发达国家已限制使用，我国也已出台相关法规，这方面广东一些大型机械加工业客户于2016年底的环保督察后，对润滑剂供应商签订技术协议提出要求，润滑剂产品在符合Rochs六项指标要求的基础上，增加不含卤素添加剂，即包括氯化石蜡在内。因此我们不含氯、硫水溶性冷轧液的后处理就极为简单，有条件循环利用可用于一些水基切削加工场合，不能则采取一般生物发酵法分解即可，与含氯、硫添加剂比较，带来的社会环境效益更是无可估量。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例一

本发明提出的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：二乙二醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、油酸聚乙二醇酯、二乙二醇单丁醚、三乙醇胺。

其制备方法，包括以下步骤：

S1：先将二乙二醇50～60％加热至40～50℃左右，然后加入高分子聚合磷酸酯10～15％、硼酸酯20～30％、油酸聚乙二醇酯5～8％、二乙二醇单丁醚1～3％、三乙醇胺1～2％搅拌均匀即可。

实施例二

本发明提出的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：丙三醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、月桂酸六聚甘油单酯、三乙二醇单丁醚、三乙醇胺。

其制备方法，包括以下步骤：

S1：将丙三醇60～70％搅拌加热至40～50℃，然后加入高分子聚合磷酸酯5～10％、硼酸酯10～15％、月桂酸六聚甘油单酯5～8％、三乙二醇单丁醚1～3％、三乙醇胺1～2％搅拌均匀即可。

实施例三

本发明提出的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：二乙二醇、三乙二醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、月桂酸单甘油酯、二丙二醇单丁醚、三异丙醇胺、三乙醇胺。

其制备方法，包括以下步骤：

S1：将二乙二醇20～30％搅拌加热至40～50℃，然后加入三乙二醇20～30％、硼酸酯15～20％、高分子聚合磷酸酯10～15％、月桂酸单甘油酸5～10％、二丙二醇丁醚1～3％、三异丙醇胺1～2％、三乙醇胺1～2％搅拌均匀即可。

实施例四

本发明提出的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：二乙二醇、丙三醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、月桂酸单甘油酯、三乙二醇单丁醚、三乙醇胺。

其制备方法，包括以下步骤：

S1：将二乙二醇10～20％搅拌加热至40～50℃，然后加入丙三醇50～60％、硼酸酯15～20％、高分子聚合磷酸酯20～30％、月桂酸单甘油酯3～5％、三乙二醇单丁醚1～3％、三乙醇胺1～3％搅拌均匀即可。

本发明提出的一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液：

1、产品质量及合格率方面，润滑剂采用非氯添加剂后，不用担心氯离子对不锈钢的腐蚀及过酸洗问题，大大提高产品成品率，后续也不用因腐蚀缺陷而对钢管采取表面抛光工艺，提升产品精度，增加附加值。

2、后处理工序方面，直接用碱水即可清洗，可以省掉酸洗去油或煤油溶剂去油，大大节省去油工序人工及物料成本。

3、设备及模具方面，不含氯化添加剂，不会腐蚀模具及设备，延长模具及设备寿命，也为企业省下一大笔费用。

4、车间环境改善，采用水溶性冷轧液后，车间不会产生刺鼻的有毒分解物了。

5、废液环保处理方面，现在氯化石蜡添加剂在国外发达国家已限制使用，我国也已出台相关法规，这方面广东一些大型机械加工业客户于2016年底的环保督察后，对润滑剂供应商签订技术协议提出要求，润滑剂产品在符合Rochs六项指标要求的基础上，增加不含卤素添加剂，即包括氯化石蜡在内。因此我们不含氯、硫水溶性冷轧液的后处理就极为简单，有条件循环利用可用于一些水基切削加工场合，不能则采取一般生物发酵法分解即可，与含氯、硫添加剂比较，带来的社会环境效益更是无可估量。

6、经济效益高，非常环保，制备简答。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：二乙二醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、油酸聚乙二醇酯、二乙二醇单丁醚、三乙醇胺；

其制备方法，包括以下步骤：

S1：先将二乙二醇50～60％加热至40～50℃，然后加入高分子聚合磷酸酯10～15％、硼酸酯20～30％、油酸聚乙二醇酯5～8％、二乙二醇单丁醚1～3％、三乙醇胺1～2％搅拌均匀即可。

2.一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：丙三醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、月桂酸六聚甘油单酯、三乙二醇单丁醚、三乙醇胺；

其制备方法，包括以下步骤：

S1：将丙三醇60～70％搅拌加热至40～50℃，然后加入高分子聚合磷酸酯5～10％、硼酸酯10～15％、月桂酸六聚甘油单酯5～8％、三乙二醇单丁醚1～3％、三乙醇胺1～2％搅拌均匀即可。

3.一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：二乙二醇、三乙二醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、月桂酸单甘油酯、二丙二醇单丁醚、三异丙醇胺、三乙醇胺；

其制备方法，包括以下步骤：

S1：将二乙二醇20～30％搅拌加热至40～50℃，然后加入三乙二醇20～30％、硼酸酯15～20％、高分子聚合磷酸酯10～15％、月桂酸单甘油酸5～10％、二丙二醇丁醚1～3％、三异丙醇胺1～2％、三乙醇胺1～2％搅拌均匀即可。

4.一种水溶性不锈钢无缝钢管冷轧液，包括以下成分：二乙二醇、丙三醇、高分子聚合磷酸酯、硼酸酯、月桂酸单甘油酯、三乙二醇单丁醚、三乙醇胺；

其制备方法，包括以下步骤：

S1：将二乙二醇10～20％搅拌加热至40～50℃，然后加入丙三醇50～60％、硼酸酯15～20％、高分子聚合磷酸酯20～30％、月桂酸单甘油酯3～5％、三乙二醇单丁醚1～3％、三乙醇胺1～3％搅拌均匀即可。