CN114250097B - 一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，包括以下重量百分比含量的组分：改性纳米二氧化锆0.5～1.5％；天然油脂40.0～70.0％；矿物油25.0～45.0％；抗氧剂0.5～1.0％；乳化剂0.5～3.0％；分散剂1.0～3.5％；助溶剂1.0～4.0％。本发明的铁素体不锈钢热轧油能在辊缝区形成一层致密的氧化膜，增加带钢与轧辊间的润滑，避免轧材与轧辊的直接接触,且高温条件下氧化膜的化学稳定性强，熔点高，硬度比基体高,提高了耐磨性，降低了轧制过程中轧材表面发生局部大塑性变形的几率,从而减轻热轧粘辊现象；同时纳米二氧化锆不易溶于水，有易于后道污水处理。本发明还公开了一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油的制备方法。

Description

一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油及其制备方法。

背景技术

近年来，镍等原材料价格的上涨提高了奥氏体不锈钢的生产成本；另一方面汽车工业的迅猛发展又导致对不锈钢需求量大增。这些都为铁素体不锈钢的发展提供了广阔的市场空间。随着镍价波动,通过降低镍含量，增加铬含量的节镍铁素体不锈钢已被广泛应用。

随着铁素体不锈钢中铬含量的提高，其高温抗氧化性能也相应增加，热轧过程中产生的氧化皮厚度逐渐变薄易破裂，润滑效果变差，使裸露的带钢基体与轧辊直接接触面积的概率增加，易出现黏结现象；同时铁素体不锈钢由于在高温过程中由单一铁素体相或极少量的奥氏体与铁素体混合相组成,其变形抗力较具有面心立方结构的奥氏体要低很多。因此,在铁素体基体与轧辊表面接触时,容易发生局部较大的塑性变形,造成铁素体不锈钢表面塑性失稳，对黏结更为敏感，使部分轧材从带钢表面剥离并黏附在轧辊表面的裂纹处,形成热轧粘辊，从而破坏轧辊和轧材表面质量。

现有的用于铁素体不锈钢热轧油主要是引用传统的硫、磷极压添加剂，但这两类润滑添加剂用于铁素体不锈钢热轧过程中时，均存在不足之处，具体表现在以下几点：

(1)因为铁素体不锈钢适宜的热轧温度在900-1100℃，硫、磷添加剂在高温条件使用时，会挥发出极臭的气味，污染周围环境；

(2)在辊缝区形成的磷化学反应极压膜虽抗磨性好，但其保护膜熔点低，针对高温热轧板面，作用有限；硫化学反应极压膜的熔点高，极压性好但其抗磨性差，且在不锈钢热轧高温条件下，需要大量的硫添剂，才能达到一定抗粘辊效果；

(3)后道污水中含有大量的硫、磷，对污水处理带来很大影响。

基于以上背景，很有必要设计一种新型的适用于铁素体不锈钢的热轧油。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油。纳米二氧化锆具有耐磨、耐高温、耐腐蚀特性，可以在辊缝区形成高强度耐磨、耐高温的固体润滑膜，解决了传统不锈钢润滑油润滑膜强度不够，抗磨性能不强而导致热轧粘辊及板面质量问题。

本发明的另外一个目的是提供一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油的制备方法。

实现上述目的一种技术方案是：一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，包括以下重量百分比含量的组分：

上述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其中，所述改性纳米二氧化锆由20nm、50nm两种不同粒径不同晶型的二氧化锆，经过改性后，按重量比为1:1～1:2复配而成；

所述改性纳米二氧化锆的结构如下：

其中：m＝10～20；n＝2～6；R1和R2分别来源于椰子油酸、油酸、硬脂酸、亚油酸、月桂酸、蓖麻油酸、妥尔油酸或棕榈油酸的烷基部分，且R1和R2相同或不同。

上述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其中，所述天然油脂选用大豆油、棕榈油、菜籽油和棕榈仁油中的一种或两种的混合物。

上述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其中，所述矿物油选用在40℃下的粘度范围为80～400cst的环烷基。

上述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其中，所述抗氧剂选用芳胺型或酚胺型抗氧剂。

上述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其中，所述乳化剂选用聚氧乙烯烷基胺、脂肪醇聚氧乙烯醚或高分子聚醚型乳化剂。

上述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其中，所述分散剂选用非聚合型分散剂。

上述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其中，所述助溶剂选用有机钙盐类。

本发明还提供了一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：将改性纳米二氧化锆、乳化剂、分散剂和助溶剂依次添加到高速分散机进行搅拌，高速分散机的转速为每分钟1.8～2.2万转，搅拌2小时后而得到混合液A；

步骤S2：将天然油脂和矿物油依次加入到容器内，然后将容器内的温度升温至80～92℃；

步骤S3：接着将抗氧剂加入到步骤S2的容器中，均匀搅拌，搅拌至抗氧剂完全溶解后，将容器内的温度调整到48～57℃，得到混合液B；

步骤S4：然后将步骤S1得到的混合液A添加到步骤S3得到的混合液B内，搅拌均匀即可得到基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油。

采用本发明的基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油及其制备方法的技术方案，相较于现有技术，具有以下有益效果：

(1)纳米二氧化锆能在辊缝区形成一层致密的氧化膜，增加带钢与轧辊间的润滑，避免轧材与轧辊的直接接触；同时在高温条件下，其固体氧化膜的化学稳定性强，熔点高，硬度比基体高等特点,显著提高了耐磨性，降低了轧制过程中轧材表面发生局部大塑性变形的几率,从而减轻热轧粘辊现象；不同粒径的复配，可以形成更致密的保护膜；

(2)少量纳米二氧化锆加到铁素体不锈钢热轧油中，就能达到提高润滑、降低磨损、减轻粘辊的效果，大大降低轧制油的成本；

(3)纳米二氧化锆本身是无味的白色粉末，对周围环境无影响；

(4)纳米二氧化锆不易溶于水，有易于后道污水处理，从而降低使用成本。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面对其具体实施方式进行详细地说明：

实施例1：

一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，按照表1的配方组成:

表1

实施例2：

一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，按照表2的配方组成:

组分	含量(重量％)
		改性纳米二氧化锆(20nm)	0.6
改性纳米二氧化锆(50nm)	0.8
		棕榈仁油	17.6
菜籽油	32.5
		矿物油	40.0
2，6-二叔丁基α-二甲基氨基对甲酚	0.5
		聚氧乙烯醚牛酯胺	2.0
聚异丁烯丁二亚酰胺	3.0
		石油磺酸钙	3.0

表2

表1和表2中，20nm、50nm改性纳米二氧化锆，按重量比为1:1～1:2复配；低倾点棕榈油、菜籽油、棕榈仁油为天然油脂；矿物油选用在40℃下的粘度范围为80～400cst的环烷基；二辛基二苯胺和2，6-二叔丁基α-二甲基氨基对甲酚为抗氧剂；聚氧乙烯椰油基胺、聚氧乙烯醚牛酯胺为乳化剂；聚异丁烯丁二亚酰胺为分散剂；石油磺酸钙为助溶剂。

实施例1至2中的基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，可按以下生产步骤制备：

步骤S1：将改性纳米二氧化锆、乳化剂、分散剂和助溶剂依次添加到高速分散机进行搅拌，高速分散机的转速为每分钟1.8～2.2万转，搅拌2小时后而得到混合液A；

步骤S2：将天然油脂和矿物油依次加入到容器内，然后将容器内的温度升温至80～92℃；

步骤S3：接着将抗氧剂加入到步骤S2的容器中，均匀搅拌，搅拌至抗氧剂完全溶解后，将容器内的温度调整到48～57℃，得到混合液B；

步骤S4：然后将步骤S1得到的混合液A添加到步骤S3得到的混合液B内，搅拌均匀即可得到基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油。

本发明的铁素体不锈钢热轧油的使用方法，在轧制过程中，将本发明的铁素体不锈钢热轧油分散在去离子水中，形成乳化液体系，以乳化液的形式进行轧制，乳化液体系中铁素体不锈钢热轧油的质量浓度为0.5％～1.0％。

参考例：

选择两款市售的用于铁素体不锈钢热轧油作为参考例并与实施例进行相关性能比较。其中参考例A的热轧轧制油的硫含量为10.0％，磷含量为0.2％，参考例B的热轧轧制油的硫含量为8.5％，磷含量为0.3％。根据客户反馈，这两款产品在现场运行多年，但是均存在粘辊，辊耗高，板面质量不稳定，污水处理成本高等问题。

对实施例1，实施例2和参考例A,B的成品润滑油进行相关性能测试，性能测试结果如下表所示：

四球试验：

为评估铁素体不锈钢热轧油的耐磨性能，使用四球测试仪，分别评价和比较了实施例1、实施例2的素体不锈钢热轧油与市场上常规同类铁素体不锈钢热轧油参考例A、参考例B，评价方法采用GB-T 12583-1998。PB:最大无卡咬负荷,Kgf，PD:最大烧结负荷,Kgf，四球试验结果如下：

表3

由表3的四球试验结果可知，本发明的基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢轧制油的PB值远大于市场同类常规铁素体不锈钢轧制油，表明了本发明的铁素体不锈钢热轧油的油膜强度高，在辊缝区形成的油膜不易破裂，提高了润滑能力；PD值也远大于市场同类常规铁素体不锈钢轧制油，显著提高了油膜的抗烧结极限能力，表明了本发明的铁素体不锈钢热轧油有很强的抗耐磨性，降低了轧制过程中轧材表面发生局部大塑性变形的几率,从而有效减轻热轧粘辊现象。

往复式摩擦试验：

为评估铁素体不锈钢热轧油的润滑性能，使用往复式摩擦试验仪，分别评价和比较了实施例1、实施例2的铁素体不锈钢热轧油与市场上常规同类铁素体不锈钢热轧油参考例A、参考例B，评价结果如下：

表4

由表4的往复式摩擦试验结果可以看出，相较于参考例A和B，实施例1、实施例2的摩擦系数比较低，表明本发明的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，在不锈钢高温轧制时，能提供很好的润滑，减少轧辊磨损，从而减少换辊次数，增加产量，大大提高生产效率。

污水中总磷含量测试：

为评估铁素体不锈钢热轧油使用后污水处理，对实施例1和2与参考例A和B，在相同条件下，采用GB/T 11893-89，分别测试使用后污水中总磷含量，评价结果如下：

表5

由表5的污水中总磷含量测试结果可以看出，实施例1和2的污水中总磷值远远低于参考例A和B,在处理磷元素所涉及的工艺复杂，且需要专业的技术和设备，这导致污水处理费用很高，综合使用成本随之上升。而本发明的基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，不需要很繁琐的后道污水处理，大大节省了使用成本。

本发明的基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，(1)选用20nm，50nm两种不同粒径不同晶型的二氧化锆，经过带EO/PO磷酸酯改性后，按一定比例复配。利用EO/PO既亲油又易分散的性能，使二氧化锆能很好的分散在乳化液中，从而被有效的带到辊缝区；同时利用磷酸酯的强吸附性能，使纳米二氧化锆能很好的吸附到带钢和轧辊的表面；其次不同粒径不同晶型的二氧化锆复配，利用大小晶体的交叉排列和互为填充，在带钢和轧辊表面形成一层更致密的氧化膜，增加带钢与轧辊间的润滑，避免轧材与轧辊的直接接触,且高温条件下氧化膜的化学稳定性强，熔点高，硬度比基体高,耐磨性高的特性，降低了轧制过程中轧材表面发生局部大塑性变形的几率,从而减轻热轧粘辊现象；(2)改性纳米二氧化锆是无味的白色粉末，在高温板面不会挥发出恶臭气味，对周围环境无影响；(3)改性纳米二氧化锆不易溶于水，有易于后道污水处理。

综上所述，本发明的基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油及其制备方法，能在辊缝区形成一层致密的氧化膜，增加带钢与轧辊间的润滑，避免轧材与轧辊的直接接触,且高温条件下氧化膜的化学稳定性强，熔点高，硬度比基体高,提高了耐磨性，降低了轧制过程中轧材表面发生局部大塑性变形的几率,从而减轻热轧粘辊现象；同时纳米二氧化锆不易溶于水，有易于后道污水处理。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其特征在于，包括以下重量百分比含量的组分：

其中：所述改性纳米二氧化锆由20nm、50nm两种不同粒径不同晶型的二氧化锆，经过改性后，按重量比为1:1～1:2复配而成；

所述改性纳米二氧化锆的结构如下：

其中：m＝10～20；n＝2～6；R1和R2分别来源于椰子油酸、油酸、硬脂酸、亚油酸、月桂酸、蓖麻油酸、妥尔油酸或棕榈油酸的烷基部分，且R1和R2相同或不同。

2.如权利要求1所述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其特征在于，所述天然油脂选用大豆油、棕榈油、菜籽油和棕榈仁油中的一种或两种的混合物。

3.如权利要求1所述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其特征在于，所述矿物油选用在40℃下的粘度范围为80～400cst的环烷基。

4.如权利要求1所述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其特征在于，所述抗氧剂选用芳胺型或酚胺型抗氧剂。

5.如权利要求1所述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其特征在于，所述乳化剂选用聚氧乙烯烷基胺、脂肪醇聚氧乙烯醚或高分子聚醚型乳化剂。

6.如权利要求1所述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其特征在于，所述分散剂选用非聚合型分散剂。

7.如权利要求1所述的一种基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油，其特征在于，所述助溶剂选用有机钙盐类助溶剂。

8.一种如权利要求1所述的基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：将改性纳米二氧化锆、乳化剂、分散剂和助溶剂依次添加到高速分散机进行搅拌，高速分散机的转速为每分钟1.8～2.2万转，搅拌2小时后而得到混合液A；

步骤S2：将天然油脂和矿物油依次加入到容器内，然后将容器内的温度升温至80～92℃；

步骤S3：接着将抗氧剂加入到步骤S2的容器中，均匀搅拌，搅拌至抗氧剂完全溶解后，将容器内的温度调整到48～57℃，得到混合液B；

步骤S4：然后将步骤S1得到的混合液A添加到步骤S3得到的混合液B内，搅拌均匀即可得到基于纳米二氧化锆的铁素体不锈钢热轧油。