DE1594626B2

DE1594626B2 - Polybutenhaltiges Schmiermittel zum Walzen von Stahl

Info

Publication number: DE1594626B2
Application number: DE1594626A
Authority: DE
Inventors: John Stewart Flossmoor Ill. Brown (V.St.A.)
Original assignee: BP Corp North America Inc
Current assignee: BP Corp North America Inc
Priority date: 1964-03-27
Filing date: 1965-03-27
Publication date: 1975-08-14
Also published as: SE324423B; AT282787B; LU48283A1; NL6503934A; BE661651A; DE1594626A1; GB1109304A; US3298954A

Description

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Die Erfindung betrifft ein polybutenhaltiges Schmiermittel zum Walzen von Stahl, insbesondere ein Schmiermittel, mit dem eine Verfärbung und/oder eine Verunreinigung der Metalloberflächen vermieden wird.

Beim Kaltwalzen von heißgewalztem Bandstahl zur Verminderung der Bandstärke wird zum Schmieren der Oberflächen des Stahls und der Walzen gewöhnlich ein Mineralöl als Schmiermittel verwendet. In vielen Fällen erfüllt das Schmiermittel eine doppelte Funktion, nämlich die eines Schmiermittels und eines Kühlmittels. Das Schmiermittel kann in beliebiger Weise, beispielsweise durch Aufbürsten oder Aufsprühen auf das Metall und/oder die Walzen aufgebracht werden. Zur Zeit ist es üblich, das Schmiermittel bei der Aufrollvorrichtung nach dem Beizvorgang auf das heißgewalzte Stahlband aufzubringen. Auf diese Weise wird das heißgewalzte Band für das anschließende Kaltwalzen mit einem Schmiermittel und außerdem mit einem korrosionsverhütenden Schutzfilm versehen.

Metallverformungsschmiermittel müssen für eine zufriedenstellende Verminderung der Stärke von Bandstahl durch Kaltwalzen vor und während des Walzens eine gute Haftung und eine gute Grenzflächenschmierung ergeben, dürfen das kaltgewalzte Band beim Vergüten nicht verfärben oder auf dessen Oberflächen die weitere Verarbeitung störende Rückstände hinterlassen und müssen von physiologisch nachteiligen Eigenschaften frei sein.

Als Schmiermittel für das Kaltwalzen von Stahlbändern oder -blechen wurden bereits die verschiedensten Verbindungen verwendet. Die meisten dieser Verbindungen ergeben jedoch eine unzureichende Schmierung oder führen zu mit Recht beanstandeten Flecken oder anderen Oberflächenmängeln. Die Oberflächenbeschaffenheit von Stahlblech hat in letzter Zeit auf den Anwendungsgebieten derartiger Stahlware zunehmende Bedeutung erlangt. Bisher wurden nahezu ausschließlich Schmiermittel auf Mineralölbasis verwendet. Solche Schmiermittel haben jedoch den Nachteil, daß sie auf den Oberflächen der erhaltenen Stahlbleche Verfärbungen hervorrufen, die nicht tragbar sind. Außerdem haben solche Schmiermittel auf Mineralölgrundlage keine ausreichende Haftfähigkeit, weshalb sie nach dem Aufbringen auf den heißgewalzten Bandstahl und vor dem Kaltwalzen nicht auf den Metalloberflächen verbleiben. Nach der herrschenden Meinung der Fachwelt auf dem Gebiet der Walzstahlerzeugung kann allein mit Mineralölschmiermitteln eine befriedigende Grenzschmierung an den Walzen erreicht werden. Versuche zur Behebung der Mangel von Schmiermitteln auf Mineralölgrundlage sind bisher ohne Erfolg geblieben. Beispielhaft für die besten bisher bekannten Walzschmiermittel auf Mineralölgrundlage ist ein niedrig siedendes Erdöldestillat, das geringe Mengen Polybuten von hohem Molekulargewicht enthält und in der USA.-Patentschrift 22 56 603 beschrieben ist. Eine Beseitigung der Oberflächenverfärbung von "Stahlblech konnte jedoch auch mit diesem Produkt nicht erreicht werden.

Aus der britischen Patentschrift 812 213 ist bereits ein mineralölhaltiges Schmiermittel bekannt, welches ein Gemisch aus zwei verschiedenen Polymeren mit bestimmten von einander unterschiedlichen Molekulargewichten in einer Menge bis höchstens 12, vorzugsweise 0,01 bis 10 Gewichtsprozent, enthält. Das eingesetzte Polymerengemisch besteht aus Polybutenen, die jedoch ein sehr hohes Molekulargewicht aufweisen. Diese Patentschrift enthält ferner keinerlei Hinweis darauf, daß Fettstoffe zusammen mit Polybutenen oder in Kombination mit Minerlaöl angewendet werden sollen. Diese Schmiermittel auf Mineralölbasis besitzen erhebliche Nachteile, da sie eine schlechte Haftfähigkeit haben und eine Verfärbung des Stahls hervorrufen können.

Die schweizerische Patentschrift 295 060 betrifft ein aus Polybuten bestehendes Schmiermittel mit einem Zusatz von 2% Bortrifluorid. Durch den Zusatz von Bortrifluorid zu Polybuten soll die Eigenschaft des

Schmiermittels bei hoher Druckbelastung verbessert werden.

Ferner betrifft die USA.-Patentschrift 28 99 390 ein Schmiermittel zum Walzen von Aluminium, das Polybuten mit einem relativ geringen mittleren Molekulargewicht im Bereich von etwa 200 bis 270 und einer Viskosität im Bereich von 40 bis 80 SSU bei 38°C und 1 % Butylstearat enthält. Das aus dieser Literaturstelle bekannte Schmiermittel wird ausschließlich zum Walzen von Aluminium verwendet, wobei keinerlei Hinweis auf eine andere Eignung gegeben wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schmiermittel zum Walzen von Stahl bereitzustellen, mit dem die genannten Nachteile der bekannten Schmiermittel überwunden werden, das eine gute Haftfähigkeit gegenüber dem Metall besitzt, eine gute Schmierwirkung aufweist und keinerlei Verfärbung und Rückstand auf der Oberfläche des Walzstreifens hinterläßt.

Die Erfindung betrifft daher ein polybutenhaltiges Schmiermittel zum Walzen von Stahl, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus 1. 50 bis 98% flüssigem Polybuten mit einer Viskosität von 30 bis 1100 SSU (Sayboldt-Universal-Sekunden) bei 100⁰C, 2. 2 bis 50% Fettstoff, 3. 0 bis 5% Emulgiermittel und gegebenenfalls 4. Mineralöl, besteht. Die Polybutene verleihen dem Schmiermittel die erforderliche Widerstandsfähigkeit und Belastbarkeit. Die Schmierfähigkeit und die reibungsvermindernden Eigenschaften werden dem Schmiermittel durch die Fettstoffe verliehen.

Die erfindungsgemäßen Schmiermittel ergeben die erforderliche Haftung, Grenzschmierung und Freiheit von Oberflächenverfärbungen und Verunreinigungen nach dem Vergüten oder nach dem Guß, wie sie bei den verschiedenartigsten Metallbearbeitungs- oder Herstellungsverfahren gefordert werden. Die erfindungsgemäß eingesetzten Polybutene mit einem relativ engen Viskositätsbereich zeigen ganz hervorragende Wirkungen als Schmiermittelkomponente zum Walzen von Stahl. Das erfindungsgemäße Schmiermittel zum *° Walzen von Stahl besitzt eine gute Haftfähigkeit gegenüber dem Metall, führt zu einer hervorragenden Schmierwirkung und liefert insbesondere keinerlei Verfärbung und hinterläßt keinen Rückstand auf der Oberfläche des Walzstreifens. +5

Die erfindungsgemäß verwendbaren flüssigen Polybutene sind im Handel erhältliche Produkte und können durch Polymerisieren von Butenen aus einem Butan-Butylen-Rohprodukt, beispielsweise nach den in den USA.-Patentschriften 24 07 873, 26 77 000, So 26 77 001 und 26 77 002 angegebenen Verfahren hergestellt werden.'Die Polybutene haben einen verhältnismäßig engen Molekulargewichtsbereich von etwa 300 bis 900 und sind von leichten Polymeren mit Viskositäten von unter 30 SSU bei 100⁰C sowie von schweren Polymeren mit Molekulargewichten von über 900 und Viskositäten von über 1100 SSU bei 100⁰C praktisch frei. Es wurde gefunden, daß Polybutene von sehr niedrigem sowie von sehr hohem Molekulargewicht für die erfindungsgemäßen Zwecke ungeeignet sind.

Die Fettstoffe, die dem Schmiermittel Schmiervermögen und reibungsvermindernde Eigenschaften verleihen, können aus tierischen, pflanzlichen und marinen Fetten und ölen stammende Fettsäuren und GIyceride von hohem Molekulargewicht, Ester solcher Fettsäuren und Glyceride, oxydierte Öle, z. B. oxydiertes Spermöl, sulfurierte Fettsäuren und Öle, z. B. sulfuriertes Spermöl, halogenierte Stoffe wie chlorierte

60 Paraffinwachse und natürlich vorkommende und synthetische Wachse, z. B. Spermwachs, Motanwachs und Bienenwachs sein. Die gesättigten Fettstoffe sind bevorzugt.

In den folgenden beispielhaften Schmiermittelzubereitungen zum Walzen von Stahl wurden die wie folgt gekennzeichneten Polybutene verwendet: Polybuten A — flüssiges Polybuten mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 300 und einer Viskosität von etwa 40 SSU bei 100⁰C; Polybuten B — flüssiges Polybuten mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 830 und einer Viskosität von etwa 1100 SSU bei 100⁰C; Polybuten C — flüssiges Polybuten mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 460 und einer Viskosität von etwa 65 SSU bei 100⁰C.

Formulierung 1

Polybuten A 65 %

Polybuten B 20%

Hydrierte Talgfettsäure \ 15%

Formulierung 2

Polybutene 96%

Hydrierte Talgfettsäure 4%

Formulierung 3

Polybutene 92%

hydrierte Talgfettsäure 8 %

Jedes der vorstehend genannten Schmiermittel wurde auf einem in der Technik gebräuchlichen Kaltwalzwerk für Stahl geprüft, das aus vier Hochwalzengerüsten mit je vier Walzen mit einer Breite von 137 cm besteht und mit Geschwindigkeiten von 244 bis 275 m/min arbeitet und eine Stärkenverringerung von etwa 20,3 auf 5 mm bewirkt. Die Schmiermittel wurden auf das aus dem Beizbad kommende heißgewalzte Stahlband aufgebracht, während es auf der Aufrollvorrichtung aufgewunden wurde. Die Rollen zeigten vor dem IaItwalzen keinerlei Korrosion oder Schmiermittelverlust. Anschließend wurde das mit Schmiermittel versehene aufgerollte Band ohne weitere Schmierung durch das Kaltwalzwerk geleitet und schließlich bei etwa 540 bis 99O⁰C vergütet. Nach dem Vergüten oder Tempern wiesen die Bänder oder Bleche keinerlei Oberflächenverfärbung oder Oberflächenmängel auf. Die Walzgeschwindigkeiten waren denjenigen vergleichbar, die in Verbindung mit den üblicherweise verwendeten Schmiermitteln auf Mineralölgrundlage angewandt werden können.

Zur Herstellung von dünnem Weißblech werden die bereits getemperten kaltgewalzten Stahlbleche durch weitere Stärkenverringerung auf die gewünschte Stärke gebracht. Die zu dieser Stärkenverringerung erforderliche mechanische Energie erzeugt in dem Band beträchtliche Wärme. Deshalb werden wäßrige Emulsionen der Walzschmiermittel sowohl zum Schmieren als auch zur Abführung von Wärme verwendet. Die erfindungsgemäßen Schmiermittel zum Walzen von Stahl können zur Herstellung der gwünschten Öl-inWasser-Emulsionen mit einem Schmiermittelgehalt von 5 bis 60% je nach der Art der für das spezielle Walzwerk verwendeten Emulsion verwendet werden. Rasch brechende Emulsionen können für die einmalige Verwendung ohne Zusatz eines Emulgiermittels zubereitet werden. Für mit Rückführung arbeitende Walzwerke kann durch die Zugabe von bis zu 5 % Emulgiermittel eine für lange Gebrauchsdauer geeig-

nete stabile Emulsion hergestellt werden. Man kann die üblichen Emulgiermittel für die Herstellung von Öl-in-Wasser-Emulsionen verwenden. Die bevorzugten Emulgiermittel sind Diäthanolamin und Diglycolamin. Die im folgenden aufgeführten Formulierungen veranschaulichen Schmiermittel, die entweder rasch brechende oder stabile Öl-in-Wasser-Emulsionen darstellen.

Formulierung 4

Spermöl wachs 10%

geblasenes Spermöl 10%

Hydrierte Talgfettsäure 15 %

Triäthanolamin 5 %

Polybuten A 60%

Formulierung 5

Spermöl wachs 10 %

geblasenes Spermöl 10%

Hydrierte Talgfettsäure 15%

Polybutan A 65 %

Formulierung 6

Spermöl wachs 10%

geblasenes Spermöl 10%

Hydrierte Talgfettsäure 15%

Diglycolamin 5 %

Polybuten A 60 %

Formulierung 7

Polybuten B 49%

Hydrierte Talgfettsäure 49%

Diglycolamin 1 %

Öl-in-Wasser-Emulsionen, die 5 bis 60 % der Schmiermittel der Formulierungen 4 bis 7 enthielten, wurden als Schmiermittel zur Herstellung von sehr dünnem Weißblech aus getempertem Stahlblech auf einem in der Technik üblichen Werk mit zwei 4-HochwaIzenständen bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 152 bis

275 m/min verwendet. Das Walzwerk arbeitete mil Geschwindigkeiten, die den Arbeitsgeschwindigkeiter unter Verwendung herkömmlicher Emulsionen aul Mineralölgrundlage äquivalent waren. Das erzeugte Weißblech wies einen ausgezeichneten Glanz auf. wohingegen in herkömmlicher Weise hergestelltes handelsübliches Weißblech etwas verfärbt war und grau und matt aussah.

Das erfindungsgemäße, nicht verfärbende Walzschmiermittel ist durch seine Fälligkeit, die verfärbende Wirkung von Mineralölwalzschmiermitteln auf die Oberflächen zu vermindern, besonders bemerkenswert. Dies wird durch die folgenden Formulierungen veranschaulicht:

Formulierung 8

Polybuten B 20%

Polybuten C 15%

Hydrierte Talgfettsäure 15 %

Mineralöl*) 50%

Formulierung 9

Polybutene 48%

Hydrierte Talgfettsäure 4%

Mineralöl*) 48%

*) Viskosität 110 SSU bei 38 C.

Die mit den Formulierungen 8 und 9 gewalzten Stahlbänder zeigten nach dem Tempern eine mäßige Oberflächenverfärbung, wohingegen bei Verwendung des Mineralölschmiermittels ohne Polybutenzusatz eine starke Verfärbung auftrat. Durch die Erfindung werden somit Kaltwalzschmiermittel geschaffen, die keine Flecken verursachen und als solche oder zur Ausbildung von Öl-in-Wasser-Schmiermittelemulsionen oder zur Verbesserung der Eigenschaften der Fleckenbildung verursachenden Mineralöl walzschmiermittel verwendet werden können.

Die angegebenen Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht.

Claims

Patentansprüche:

1. Polybutenhaltiges Schmiermittel zum Walzen von Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 1. 50 bis 98% flüssigem Polybuten mit einer Viskosität von 30 bis 1100 SSU bei 100 C,

2. 2 bis 50% Fettstoff, 3. 0 bis 5% Emulgiermittel und gegebenenfalls 4. Mineralöl besteht.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Fettstoff hydrierte Talgfettsäure enthält.

3. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Mischung aus 1. etwa 65% flüssigem Polybuten mit einer Viskosität von etwa 40 SSU bei 100⁰C, 2. etwa 20% flüssigem Polybuten mit einer Viskosität von etwa 1100 SSU bei 100^cC und 3. etwa 15% hydrierter Talgfettsäure besteht.

4. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus etwa 92 bis 96% flüssigem Polybuten mit einer Viskosität von etwa 65 SSU bei 100⁰C und etwa 8 bis 4% hydrierter Talgfettsäure besteht.

5. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus einer Mischung von etwa 60 bis 65% flüssigem Polybuten mit einer Viskosität von etwa 40 SSU bei 100¹C, etwa 10% Spermölwachs, etwa 10% geblasenem Spermöl, etwa 15% hydrierter Talgfettsäure und 5 bis 0% Triäthanolamin oder Diglycolamin besteht.

6. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus 1. etwa 95 bis 100% eines Gemischs aus praktisch gleichen Teilen eines flüssigen Polybutens mit einer Viskosität von etwa 1100 SSU bei 100° C und hydrierter Talgfettsäure und 2. 0 bis etwa 5% eines Emulgiermittels, insbesondere Diglycolamin besteht.

7. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus 1. etwa 15% flüssigem Polybuten mit einer Viskosität von etwa 40 SSU bei 100⁰C, 2. etwa 20% flüssigem Polybuten mit einer Viskosität von etwa 1100 SSU bei 100°C, 3. etwa 50% Mineralöl mit einer Viskosität von etwa 110 SSU bei 38° C und 4. etwa 15% hydrierter Talgfettsäure besteht.

8. Schmiermittel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus 1. etwa 48% flüssigem Polybuten mit einer Viskosität von etwa 65 SSU bei 100°C, 2. etwa 48% Mineralöl mit einer Viskosität von etwa 110 SSU bei 38° C und 3. etwa 4% hydrierter Talgfettsäure besteht.