CN1173021C - 一种冷轧薄钢板轧制油组合物 - Google Patents

一种冷轧薄钢板轧制油组合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种主要用于碳钢薄钢板(厚度为0.3mm～3.5mm)冷轧的水溶性轧制油组合物。主要包括(a)至少一种润滑油基础油；(b)至少一种表面活性剂；(c)两种以上抗氧剂；(d)一种抗磨剂；(e)一种脂肪酸；(f)一种胺类防锈剂；(g)一种抗菌防腐剂；(h)至少两种油性剂。这种轧制油组合物适用于普通碳钢、不锈钢和镀锡板等薄钢板的冷轧加工，可用于大型多机架连轧轧机，也可用于双辊和多辊单机架可逆式轧机。

Description

一种冷轧薄钢板轧制油组合物
(一)技术领域
本发明涉及一种冷轧薄钢板轧制油组合物，尤其是一种用于高速连轧机组的轧制油组合物。本发明属于润滑油领域中的金属加工用油。
(二)背景技术
冷轧薄钢板(厚度为0.3～3.5mm)具有良好的韧性和机械加工性能，是生产汽车车身的重要材料，因此也称为汽车钢板。轧制需要一种水溶性轧制乳化液，起冷却和润滑作用，因乳化液的主要组分是水(90％以上)，具有良好的冷却效果；少量的油组分又可以起到良好的润滑作用来隔离辊板。目前冷轧薄钢板的生产多采用规模较大的多机架连轧方式，具有高速和高产的特点，对轧制液的技术性能要求也越来越高。轧制油(乳化液母液)的使用方法是将其溶于水中配制成乳化液循环使用，要求乳化液具有：(1)良好的稳定性，在使用过程中不分层、不沉淀；(2)润滑性能，确保有效地隔离轧辊和轧板而避免粘辊，同时还要避免辊板之间打滑；(3)防锈性能，不会对轧辊、轧板及其它设备部件造成锈蚀；(4)抗泡性能，要求在循环使用过程中不起泡沫；(5)抗菌防腐性能，能够长期使用而不变质发臭；(6)无毒害作用，尤其是对皮肤无刺激性；(7)退火清净性，轧板经退火处理后不留斑痕。本发明提供的产品可以满足这些性能要求。
乳化液的使用浓度一般在1～10％，不同的使用单位以及不同产地的油，浓度也不相同；在不同的轧制工段所用乳化液的浓度也不相同，在轧制工段，压力较大，所需的浓度较高，而平整工段的压力较小，所需浓度也较低。本发明所涉及的冷轧薄钢板轧制油组合物，用于轧制工段的浓度推荐为3～5％，用于平整工段的浓度推荐为1～3％。
以前这种轧制油的制备多采用动植物油脂为主要原料，动植物油脂的特点是易于乳化，润滑性能好，但容易腐败变质，而且退火清净性较差。为了扩大原料的来源，现在主要采用矿物油，矿物油的抗菌防腐性能和退火清净性能较好，而且廉价易得。
国内外对这种产品的研究比较活跃，经查新中国专利有3篇相关的申报如下：
1、水基冷轧润滑防锈液
公开号为CN 1042375A，水基冷轧润滑防锈液主要是应用于轧钢行业，也可应用于钻机床，磨床及其它冷却润滑性能要求高的行业。工艺流程简单、可行，容易操作，8～10小时即可完成全部化学反应，水基冷轧润滑防锈液的技术关键，是在满足同样技术指标的条件下，提高使用周期，节约资金，增加产成品收率，以水代油，取代油质霉臭，使用期短、造价高等不足，一吨水基冷轧润滑防锈液可代替10～15吨轧制油。
2、钢板冷轧油
公开号为CN87102895，由合成酯化合物构成的轧制钢板的润滑油，可由带叔氮原子的三元或多元醇，如异氰尿酸衍生物或亚乙基二胺的氧化乙烯加成产物和脂肪酸制得，它既具有高水平的轧制润滑性又具有高水平的轧机可清洗性。申请人为日清制油株式会社和新日本制铁株式会社
3、用于钢板水分散冷轧油的润滑油和冷轧钢板的方法
公开号为CN 1188793A，用于钢板的水分散冷轧油的润滑油含有(a)矿物油和/或由含有12-22个碳原子的脂族羧酸和含有1-12个碳原子的脂族醇制备的单酯；(b)脂肪和油；和(c)含有下述酯的复合酯，该酯由含有16-20个碳原子的高级脂族不饱和酸的二聚物酸和/或聚合物酸与多元醇制备，其中剩余的羧基或羟基已用含有12-22个碳原子的一元醇或单价脂肪酸酯化。该润滑油还含有(d)磷基极压添加剂或硫基极压添加剂。申请人为花王株式会社。
国外日本专利较多，代表有以下几篇，分述如下：
1、专利号：JP11061167
一种冷轧油组合物包括：(a)至少一种基础油，可以是动植物油脂、矿物油和酯类油；(b)一种N，N-二烷基胺与d烯烃-马来酸酐共聚物形成的阳离子表面活性剂；(c)一种非离子聚合物，包括聚乙烯醇、聚酯和聚α烯烃；(d)一种高级脂肪醇。
2、专利号：JP10121085
用于钢的冷轧油组合物，包括：(a)基础油，为矿物油或合成油；(b)脂肪酸酯和磺酸盐。
3、专利号：JP08337791
在低温条件下使用的钢板冷轧油，包括基础油和表面活性剂。基础油包括至少30％的精炼脂肪和油，其中含有至少40％的直链结构及碘值为50-90的脂肪酸。
4、专利号：JP08325588
一种冷轧钢板润滑油，含有：(a)一种或多种脂肪、脂肪油、矿物油和合成油脂；(b)0.2～5％(相对于a)的非离子表面活性剂，分子量为2000～15,000以及HLB值为5～9；(c)0.2～5％羧酸盐。
5、专利号：JP2608472 JP03026794
一种新型金属加工用油添加剂，含有：(A)一种或多种脂肪和脂肪油，脂肪酸酯和矿物油；(B)一种烯基琥珀酸酐或烯基琥珀酸酯；(C)一种磷酸酯类。
6、专利号：KR9614939 EP399377 JP02305894 US5122288 DE69004487
一种稳定的钢板冷轧油，基础油为动物油、植物油、矿物油以及合成油酯，含有：(A)0.2～5％的非离子表面活性剂，分子量2,000～15,000，HLB值为5-9；(B)0.2～5％另一种非离子表面活性剂，HLB值为12-16；(C)一种炔醇非离子表面活性剂。
7、专利号：JP3096289 JP2000001691
一种水溶性钢板冷轧油，粘度至少为60mm2/s(40℃)，倾点低于10℃，以及含有20-90％重均分子量为750-20000的混合酯，其中的多余羧基和羟基已被12-22C的单元醇或单元脂肪酸所酯化。该产品由5-40％的一种或多种单酯，矿物油和12-22C脂肪酸和1-12C的脂肪醇，5-70％的脂和油，以及一种或多种16-20C高级不饱和脂肪酸的二聚或多聚物，多羟基化合物和水溶性分散剂组成。水溶性分散剂是一种乙烯基单体的均聚物或共聚物，至少含有一种碱性或阳性氮原子或季铵盐，水溶性阳性高分子化合物和水溶性两性高分子化合物。这种轧制油的表面张力至少为40mN/m(25℃)。
8、专利号：JP2957026 JP05017788
钢板冷轧润滑油含有一种改性的牛油脂肪酸甘油酯作为基础油组分。牛油脂肪酸甘油酯中的三个酯基有一或两种被8-12C的饱和脂肪酸基所替代。酯替代物通过酯交换反应制备，用于酯交换的现有的脂肪酸包括癸酸、壬酸、辛酸、十一酸和十二酸。酯交换产物可降低凝固点10℃以下，同时可提高润滑性能和热稳定性。普通的基础油组分也可以掺入，包括合成油酯，天然油脂和矿物油。通常的添加剂也需要加入，包括极压抗磨剂、抗氧剂、防锈剂和乳化剂。
9、JP10121083
冷轧钢轧制油组合物，基础油选自矿物油、合成油和脂肪酸酯等，添加剂有C12-18的山梨醇聚氧乙烯醚，高级脂肪酸酯以及磺酸盐等。
10、JP10231494
水分散型钢板冷轧油，含有(a)矿物油和单酯类，如C12-22的脂肪酸和C1-12的脂肪醇所形成的酯；(b)油脂类与(c)合成酯类。润滑油中还含有(d)硫磷型极压抗磨剂。
此外，经查新到的国外专利还有许多，尤其是日本专利介绍，多数都含有动植物油脂。
本发明的配方结构均有别于以上介绍。基础油组分以矿物油为主，特别是采用了加氢裂化矿物油组分，还未见有专利报导。本发明配方所用到的主要添加剂均有别于其它专利介绍。
(三)发明内容
本发明的目的就是要制备一种适应于现代大型连轧机需要的且性能优异的乳化型轧制油组合物。
为了实现上述目的，首先对国外比较先进的产品性能进行了考察，并根据产品使用的特性制定了相应的质量指标。本发明采用粘度适中的精致矿物油和加氢油为基础油，为保证产品能够达到性能要求，对各种添加剂和其他精细化工产品进行了精选。为保证产品的易于乳化和润滑性能，且考虑到不易在金属表面形成化学反应膜，保证轧板的退火清净性，宜选用活性较低的非离子表面活性剂和油性剂；由于轧制乳化液在现场长期循环使用，需要具备良好的氧化安定性和抗菌防腐性，依靠加入抗氧化添加剂和防腐剂来解决；加入防锈剂来提高防锈性能，大分子含氮化合物来提高抗泡性能。
本发明的冷轧薄钢板轧制油组合物，含有(a)至少一种润滑油基础油；(b)至少一种表面活性剂；(c)两种以上抗氧剂；(d)一种抗磨剂；(e)一种有机酸；(f)一种胺类防锈剂；(g)一种抗菌防腐剂；(h)至少两种油性剂。其中所说的(a)是精制矿物油组分(MVI150，MVI300，100SN，200SN)或加氢裂解矿物油组分(125N，200N)，或者是它们以一定比例混合的混合物，40℃运动粘度为20～60mm2/s，加入量为45～70％；(b)是壬基酚聚氧乙烯(10)醚(oπ-10)，加入量为5～15％；(c)是2、6-二叔丁基对甲酚(T501)，加入量为0.2～1.0％和苯三唑十八胺盐(T551)，加入量为0.01～0.10％；(d)是异辛基酸性磷酸酯十八胺盐(T308)或异辛基酸性磷酸酯(RY86)，加入量为1.0～2.0％；(e)是油酸，加入量为1.0～5.0％；(f)是二乙醇胺或三乙醇胺或是它们的混合物，加入量为0.5～2.0％；(g)是均三嗪类(YN-215)或异噻唑啉酮类防腐杀菌剂(YN-187)或是它们的混合物，加入量为0.5～2.0％；余量为油性剂(h)，(h)为以下化合物中至少两种：油酸乙二醇酯、油酸环氧酯、苯骈三氮唑脂肪酸胺盐、失水山梨醇单油酸酯。制备方法与普通润滑油大体相同，在满足要求的(a)中加入组分(b)、(c)、(d)、(e)、(f)和(g)，于70～80℃的温度下搅拌2h以上，然后加入组分(h)，于60～70℃下继续搅拌1h即可。组分(h)最后加入是为了防止该组分与其它组分发生反应而失去作用，调油温度不宜过高，以防有些组分受热分解。
为了对实验产品进行及时评定，本发明采用了表1所示的分析评定方法：
             表1  轧制油的其它相应理化分析方法和评定方法
    项    目     方    法 项    目     方    法
    油基外观     目    测* 倾  点     GB/T3535
    油基粘度     GB/T265 酸  值     GB/T264
    粘度指数     GB/T2541 铜片腐蚀(100℃，3h)     GB/T5096
    开口闪点     GB/T3536
    乳化液稳定性     SH/T0579-94 pH值     SH/T0365-92附录A
    乳化液抗泡性     SH/T0365-92附录E 乳化液腐蚀性，T3铜片，55±2℃，6h     SH/T0365-92附录D
    食盐允许量     SH/T0365-92附录C 四球机试验PB     GB/T3142
*目测方法是将油调和好以后，于室温下放置24h，观察油品外观的状态，如透明、半透明、浑浊以及有无沉淀。
此外还有乳化液防锈性试验，参照ZBA29001-90铸铁粉末锈蚀试验方法。称取8g还原铁粉于一个60～100mL的烧杯中，用丙酮清洗两次后再用冷风吹干。加入5％的乳化液30mL，搅拌后静置15min，倒去乳化液。取一张直径90mm的定性滤纸，在纸面正中画一个方框(50mm×50mm)，将铁粉均匀地铺在方框内放入一培养皿，连同培养皿一起放入一干燥器内，在相对饱和湿度RH≥90％的条件下于室温放置4h。用自来水冲去纸面铁粉，凉干后测量锈蚀面积，测量结果为0～4级。
0级：无锈蚀；
1级：微量锈蚀，锈蚀面积1～3％，锈点直径不超过1mm；
2级：轻度锈蚀，锈蚀面积4～10％，锈迹色浅；
3级：中等锈蚀，锈蚀面积11～25％，锈迹较深；
4级：严重锈蚀。锈蚀面积＞25％，锈迹较深。
合格的乳化液应不大于1级。
(四)具体实施方式
以下的实例不限制本发明的范围，任何不超出本发明构思和范围的改动都在本发明的范围之内。
实施例1：
将634.5g的精制石蜡基矿物油组分200SN，80.0g的壬基酚聚氧乙烯(10)醚(oπ-10)，100.0g的油酸乙二醇酯(T403)，100.0g的油酸环氧酯，20.0g的失水山梨醇单油酸酯(span-80)，10.0g的异辛基酸性磷酸酯十八胺盐(T308)，20.0g的苯骈三氮唑脂肪酸胺盐(T406)，5.0g的2、6-二叔丁基对甲酚(T501)，0.5g的苯三唑十八胺盐(T551)，10.0g的油酸，10.0g的三乙醇胺，加入到一个烧杯内，于70～80℃的温度下搅拌2h以上，至溶解均匀，然后加入10.0g的均三嗪类防腐杀菌剂(YN-215)，于60～70℃的温度下搅拌1h。有关分析评定结果见表2。
表2产品的质量标准及实施例1产品的实测结果
  分析项目  质量指标     实测结果  分析方法
  40℃运动粘度，mm2/s  不大于60     52.12  GB/T265
  粘度指数  报告     90  GB/T2541
  闪点(开口)，℃  不小于180     204  GB/T3536
  倾点，℃  不高于-5     -9  GB/T3535
  四球机试验PB值，N  不小于588.0     686.0  GB/T3142
  5％乳化液 乳液外观  乳白色     乳白色  SH/T0579
皂化层，mL  不大于5.0     ＜1.0
PH值  7～8     7～8
锈蚀，级  不大于1     0  自建
  2％乳化液 泡沫，mL  不大于2     0  SH/T0365附录A～E
铜片腐蚀  合格     合格
饱和食盐水  合格     合格
         油基外观  棕黄色至浅褐色     棕色  目测
实施例2：
将694.5g的精制中间基矿物油组分MVI300，50.0g的壬基酚聚氧乙烯(10)醚(oπ-10)，150.0g的油酸乙二醇酯(T403)，10.0g的异辛基酸性磷酸酯十八胺盐(T308)，20.0g的苯骈三氮唑脂肪酸胺盐(T406)，5.0g的2、6-二叔丁基对甲酚(T501)，0.5g的苯三唑十八胺盐(T551)，50.0g的油酸，10.0g的三乙醇胺，加入到一个烧杯内，于70～80℃的温度下搅拌2h以上，至溶解均匀，然后加入10.0g的均三嗪类防腐杀菌剂(YN-215)，于60～70℃的温度下搅拌1h。有关分析评定结果见表3。
表3产品的质量标准及实施例2产品的实测结果
  分析项目 质量指标     实测结果  分析方法
  40℃运动粘度，mm2/s 不大于60     54.04  GB/T265
  粘度指数 报告     78  GB/T2541
  闪点(开口)，℃ 不小于180     196  GB/T3536
  倾点，℃ 不高于-5     -9  GB/T3535
  四球机试验PB值，N 不小于588.0     656.6  GB/T3142
  5％乳化液 乳液外观 乳白色     乳白色  SH/T0579
皂化层，mL 不大于5.0     4.0
PH值 7～8     7～8
锈蚀，级 不大于1     ＜1  自建
  2％乳化液 泡沫，mL 不大于2     2.0  SH/T0365附录A～E
铜片腐蚀 合格     合格
饱和食盐水 合格     合格
         油基外观 棕黄色至浅褐色     棕色  目测
实施例3：
将674.5g的加氢裂解油组分125N，60.0g的壬基酚聚氧乙烯(10)醚(oπ-10)，100.0g的油酸乙二醇酯(T403)，100.0g的失水山梨醇单油酸酯(span-80)，20.0g的异辛基酸性磷酸酯(RY86)，20.0g的苯骈三氮唑脂肪酸胺盐(T406)，5.0g的2、6-二叔丁基对甲酚(T501)，0.5g的苯三唑十八胺盐(T551)，10.0g的油酸，10.0g的三乙醇胺，加入到一个烧杯内，于70～80℃的温度下搅拌2h以上，至溶解均匀。然后加入10.0g的均三嗪类防腐杀菌剂(YN-215)，于60～70℃的温度下搅拌1h。有关分析评定结果见表4。
     表4产品的质量标准及实施例3产品的实测结果
  分析项目 质量指标     实测结果  分析方法
  40℃运动粘度，mm2/s 不大于60     40.83  GB/T265
  粘度指数 报告     110  GB/T2541
  闪点(开口)，℃ 不小于180     200  GB/T3536
  倾点，℃ 不高于-5     -14  GB/T3535
  四球机试验PB值，N 不小于588.0     931.0  GB/T3142
  5％乳化液 乳液外观 乳白色     乳白色  SH/T0579
皂化层，mL 不大于5.0     3.5
PH值 7～8     7～8
锈蚀，级 不大于1     0  自建
  2％乳化液 泡沫，mL 不大于2     ＜1  SH/T0365附录A～E
铜片腐蚀 合格     合格
饱和食盐水 合格     合格
         油基外观 棕黄色至浅褐色     棕色  目测
从表2～表4的分析评定结果可以看出，该轧制油组合物实例能够满足质量指标的要求。

Claims (1)

1、一种冷轧薄钢板轧制油组合物，其特征在于含有(a)至少一种润滑油基础油；(b)至少一种表面活性剂；(c)两种以上抗氧剂；(d)一种抗磨剂；(e)一种有机酸；(f)一种胺类防锈剂；(g)一种抗菌防腐剂；(h)至少两种油性剂，所含组分(a)是精制矿物油组分，或加氢裂解矿物油组分，或者是它们的混合物，其性能应满足：40℃运动粘度为20～60mm2/s，加入量为45～70％；所含组分(b)是壬基酚聚氧乙烯(10)醚，加入量为5～15％；(c)是2、6-二叔丁基对甲酚，加入量为0.2～1.0％和苯三唑十八胺盐，加入量为0.01～0.10％；(d)是异辛基酸性磷酸酯十八胺盐或异辛基酸性磷酸酯，加入量为1.0～2.0％；(e)是油酸，加入量为1.0～5.0％；(f)是二乙醇胺或三乙醇胺或是它们的混合物，加入量为0.5～2.0％；(g)是均三嗪类或异噻唑啉酮类防腐杀菌剂或是它们的混合物，加入量为0.5～2.0％；余量为油性剂(h)，(h)为以下化合物中至少两种：油酸乙二醇酯、油酸环氧酯、苯骈三氮唑脂肪酸胺盐、失水山梨醇单油酸酯。
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