DE69631115T2

DE69631115T2 - Verfahren und walze zum warmwalzen von stahlmaterial

Info

Publication number: DE69631115T2
Application number: DE69631115T
Authority: DE
Inventors: Masaru Izawa; Yoshiaki Kusaba; Kenji Tsubouchi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-08-15
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: EP0792701B1; WO1997006900A1; AU6670096A; EP0792701A4; CN1069850C; US5928441A; CN1161011A; AU688222B2; DE69631115D1; KR100227229B1; EP0792701A1; KR970706083A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Warmwalzen eines Stahlprodukts und auch auf eine Warmwalzwalze für Stahlprodukte. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Warmwalzverfahren für Stahlprodukte und eine Warmwalzwalze für Stahlprodukte, die beide wirksam sind beim Verhindern, dass Stahlprodukte, wie Stahlstäbe, Stahlquerschnitte, Stahlplatten, Stahlbleche in Spulen, Stahlrohre, Stahlflachmaterial und Stahldrahtstangen, insbesondere rostfreie Stahlprodukte, zwischen den Walzen und den zu walzenden Stahlprodukten festgefressen (eingeklemmt) werden, wodurch ein Verschleiß der Walzen verhindert wird, und wodurch eine Verschlechterung sowohl der Walzen als auch der Stahlprodukte verhindert wird, wenn diese Stahlprodukte einem Warmwalzen unterworfen werden.
Technischer Hintergrund
In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Stahlprodukten nachgefragt, was häufig ein Warmwalzen der Stahlprodukte unter schweren Bedingungen erfordert. Warmwalzen unter schweren Bedingungen verursacht oftmals ein Festfressen zwischen den Walzen zum Warmwalzen (d. h. den Warmwalzwalzen, die im Wesentlichen aus eisenbasierten Materialien bestehen, und nachfolgend einfach als „Walzen" bezeichnet werden) und den zu walzenden Stahlprodukten. Wenn der Verschleiß der Walzen fortschreitet, erleiden die Walzen eine Verschlechterung an den Oberflächen, wodurch das Problem entsteht, dass die Verschlechterung der Walzen sich auf die Oberfläche der gewalzten Stahlprodukte übertragt. Wenn beispielsweise H-Träger mittels eines Universalwerks gewalzt werden, tritt ein Festfressen zwischen den Walzen und den H- Trägern insbesondere in einem Abschnitt auf, in welchem eine Gleitgeschwindigkeit in Bezug auf die H-Träger groß wird, oder in einem Abschnitt, in welchem eine Normalspannung lokal hoch wird, wodurch Probleme entstehen. Um dies zu vermeiden, ist es unvermeidlich, dass man sich häufig um die Walzen und die gewalzten Stahlprodukte kümmern muss. Dies nimmt nutzlose Zeit und Kosten in Anspruch.
Insbesondere wenn H-Träger aus rostfreiem Stahl warmgewalzt werden, ist es wahrscheinlich, dass ein Festfressen auftritt. Die Gegenmaßnahmen hierfür wurden aus verschiedenen Blickrichtungen intensiv studiert. Beispielsweise wurden Gusseisen mit hohem Chromanteil und Schnellarbeitsstähle vom Standpunkt der Materialien für die Walzen entwickelt. Wenn allerdings diese Materialien als Walzen verwendet werden, ist es nicht immer möglich, das Festfressen vollständig zu verhindern. Gegenwärtig müssen, um ein Festfressen zu verhindern, Schmiermittel wie Graphitverbindungen verwendet werden.
Um das Festfressen zu verhindern, wurde ein Versuch unternommen, die Walzenoberflächen zu behandeln. Beispielsweise wird eine Walze auf der Oberfläche mit Chrom (Cr) durch ein Chrombeschichtungsverfahren, mit TiN durch ein CVD-Verfahren (d. h. ein chemisches Dampfablagerungsverfahren – chemical vapor deposition method) und mit TiC mit einem PVD-Verfahren (d. h. einem physikalischen Dampfablagerungsverfahren – physical vapor deposition method) bedeckt.
Allerdings sind die für diese Behandlungen erforderlichen Zeitdauern und Kosten sehr groß. Beim Verwenden von Walzen, welche den oben genannten Oberflächenbeschichtungsbehandlungen unterworfen sind, unterliegt der Film auf der Walze einem Abpellen unter derart schweren Bedingungen wie dem Warmwalzen. In diesem Sinne wurde bisher keine stabile Anti-Festfress-Eigenschaft und Verschleißwiderstand entwickelt.
Es wurden ebenso ausführliche Studien über Schmiermittel für Walzwalzen durchgeführt. Von den bekannten Schmiermitteln durchlaufen. organische Schmieröle oftmals eine Knappheit des Ölfilms oder eine Verbrennung, sodass eine zufriedenstellende Schmierwirkung nicht erwartet werden kann. JP-A-Nr. 5-212419 offenbart eine Technik, bei welcher Graphit auf Walzenoberflächen als Schmiermittel mittels eines Verbrennungsbrenners unter Einsatz eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs abgelagert wird. Das in dieser Veröffentlichung vorgeschlagene Verfahren ist sicherlich beim Verhindern des Festfressens wirksam. Allerdings besitzt die Verwendung von Graphit das Problem, dass zu walzende Stahlprodukte unter heißen Bedingungen (mit hoher Temperatur) aufgrund der Verwendung des Graphits eine „Carborisation" durchlaufen, und dass zu walzende Stahlprodukte anfällig sind, beim Walzen zu schlupfen. Zusätzlich verteilen sich die Graphitpartikel, was die Arbeitsumgebung verschlechtert.
JP-B2 Nr. 3-25241 offenbart eine Technik, bei welcher, während eine gemischte flüssige Farbe, die ein Antifestfressmittel aufweist, das aus einem Metalloxidpulver und einem Binder besteht, kontinuierlich auf die Umfangsoberfläche eines Führungsschuhs vom Scheiben-Walzen-Typ aufgebracht und beschichtet wird, Stahlprodukte gelocht werden. Das in dieser Veröffentlichung vorgeschlagene Verfahren ist beim Verhindern eines Blockierens wirksam. Da allerdings das Antifestfressmittel fest auf der Walzenoberfläche abgelagert ist, muss Wasserglas als Binder verwendet werden. Falls die oben genannte, gemischte flüssige Farbe nicht gleichmäßig auf die Walzenoberfläche aufgetragen wird, findet eine Oberflächenvertiefung in der Oberfläche der gewalzten Stahlprodukte statt, wodurch eine Verschlechterung des Oberflächenzustands verursacht wird. Das als Antifestfressmittel verwendete Metalloxidpulver löst den Wasserglasbinder nicht. Falls dieses Pulver unter Bedingungen bestehen kann, unter welchen es mit Wasserglas gemischt wird, lagert es sich ab oder setzt es sich ab. Dies kann dazu führen, dass eine Beschichtungsdüse verstopft wird.
Nun wurden Studien an anorganischen, festen Schmiermitteln wie Molybdän-Disulfit-Glas ausgeführt. Von diesen Schmiermitteln zeigen einige Schmiermittel eine gute Schmierfähigkeit unter Hochtemperaturbedingungen. Allerdings sind, wie bei Graphit, die Beschichtungsbedingungen und die Beseitigung von Restschmiermitteln schwierig, mit dem zu erwartenden Ergebnis, dass ein schädlicher Einfluss auf die Produkteigenschaften und die Arbeitsumgebung ausgeübt wird. Zusätzlich wirken die Schmiermittel derart, dass sie den Reibungskoeffizienten absenken, wodurch das Problem des Schlupfens entsteht, das im Verlaufe des Warmwalzens auftritt.
Andererseits ist es bekannt, dass Kalziumcarbonat eine gute Wirkung als Festschmiermittel besitzt. Allerdings ist Kalziumcarbonat schwierig als Beschichtung aufzubringen. Wenn es als Beschichtung in der Form eines Festpulvers aufgebracht wird, entsteht Staub, was die Arbeitsumgebung verschlechtert. Kalziumcarbonat ist, wie anorganische Festschmiermittel, beispielsweise Molybdändisulfit und Glas, schwierig in Wasser, organischen Lösungsmitteln und Ölen löslich. Falls Kalziumcarbonat ermöglicht wird, in der Form einer Mischung mit Wasser, organischen Lösungsmitteln und Öl bereitzustehen, neigt es dazu, eine Ablagerung zu bilden. Um die Mischung in dem besten Zustand während des Beschichtens zu erhalten, muss sie stets gerührt werden.
Wenn Stahlprodukte einer Kaltbearbeitung durch verschiedene Verfahren unterworfen werden, ist es üblich, einen Verbundfilm, beispielsweise aus einem Phosphat, einem Oxalat und dergleichen, derart zu verwenden, um das Anhaften und die Rückhaltung eines Schmiermittels zu verbessern und ebenso einen Kontakt mit Werkzeugen zu verhindern, insbesondere wenn die Kaltverarbeitung unter derart schweren Bedingungen ausgeführt wird, dass eine Ölschmierung nicht wirksam arbeitet. Der Verbundfilm wird durch eine Vorbehandlung und einen Seifenschmierfilm, der als Schmiermittel dient, gebildet, von denen beide zum Absenken der zwischen dem Werkzeug und den zu bearbeitenden Material ausgeübten Reibungskraft verwendet werden, wodurch Verschleiß und Festfressen verhindert werden.
Beispielsweise offenbart JP-B2 Nr. 4-4045 eine Technik, bei welcher eine Lösung aus einem Phosphat oder einem Oxalat auf die Oberfläche eines Metallstreifens gerade vor dem Walzen zugeführt wird, um einen Phosphat- oder Oxalatfilm auf der Oberfläche des Metallstreifens, der sich auf dem Weg der Kaltbearbeitung befindet, zu bilden. Das in dieser Veröffentlichung vorgeschlagene Verfahren ist wirksam beim Verhindern eines Festfressens in solchen Fällen, in denen Stahlprodukte kaltbearbeitet werden. Allerdings besitzt es eine geringe Wirkung beim Verhindern des Festfressens, wenn Stahlprodukte warm gewalzt werden. Dies kommt daher, dass der Phosphat- oder Oxalatfilm thermisch zerlegt wird, wenn er hohen Temperaturen im Bereich von 400 bis 500°C oder darüber ausgesetzt wird, sodass es nicht möglich ist, den Phosphatoder Oxalatfilm auf der Oberfläche des Stahlprodukts zu stabilisieren, das bei einer hohen Temperatur von näherungsweise 800°C oder darüber gewalzt wird. Selbstverständlich werden Abstufungen an der Oberfläche des Stahlprodukts gebildet, das für das Warmwalzen erwärmt wird, unter denen keinerlei Antifestsetzwirkung erwartet werden kann, selbst wenn ein Phosphat- oder Oxalatfilm auf der Oberfläche des Stahlprodukts gebildet ist. In der in der oben genannten Veröffentlichung angegebenen Technik wird eine Lösung eines Phosphats oder eines Oxalats direkt auf die Oberfläche des Stahlprodukts zugeführt. Falls Wasser als kostengünstigstes Lösungsmittel eingesetzt wird und ein Salz, das in Wasser sparsam löslich ist (beispielsweise Kalziumoxalat und dergleichen) verwendet wird, setzt sich das kaum lösliche Salz in den Rohren und der Düse fest. Eine derartige wässrige Lösung des Salzes kann nicht zu der Oberfläche des Stahlprodukts zugeführt werden, selbst wenn die Zufuhr erwünscht ist. Daher ist die in JP-B2 4-4045 offenbarte Technik auf die Kaltbearbeitung von Stahlprodukten anwendbar, kann jedoch nicht auf die Warmbearbeitung angewendet werden.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für das Warmwalzen eines Stahlprodukts und ebenso eine Warmwalzwalze für Stahlprodukte bereitzustellen, wobei ein Festfressen zwischen den Walzen und den zu walzenden Stahlprodukten, das während des Warmwalzens der Stahlprodukte auftreten kann, insbesondere bei Produkten aus rostfreiem Stahl, der Verschleiß der Walzen und eine Verschlechterung sowohl der Walzen als auch der Stahlprodukte wirksam verhindert werden können. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung liegt zunächst in einem Verfahren zum Warmwalzen eines Stahlprodukts, welches das Bilden eines Festfressen verhindernden Oxalatfilms auf einer Walzenoberfläche in einem Bereich, in welchem die Walze das zu walzende Stahlprodukt berührt, umfasst. Gemäß einigen vorteilhaften Zielrichtungen der Erfindung:

– wird der Oxalatfilm durch Eintauchen der Walze in eine wässrige Oxalsäurelösung oder durch Sprühen oder Aufbringen einer wässrigen Oxalsäurelösung auf die Walze gebildet;
– wird der Oxalatfilm durch in Berührung bringen der Walze mit Oxalsäure oder einem wasserlöslichen Oxalat und einer wässrigen Lösung, welche eine wasserlösliche Erdalkalimetallkomponente enthält, als zumindest ein Teil einer Kühlflüssigkeit für die Walze gebildet;
– ist das wasserlösliche Oxalat ein Oxalat eines Erdalkalimetalls;
– ist das wasserlösliche Oxalat eine Mischung aus Eisenoxalat und einem Oxalat aus einem Erdalkalimetall, oder eine Mischung aus einem Eisenoxalat und einem Kalziumoxalat, oder Kalziumoxalat.

Die Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Warmwalzwalze zur Verwendung beim Ausführen des oben definierten Warmwalzens, wobei die Walze einen Oxalatfilm auf der Oberfläche davon zumindest in einem Bereich besitzt, in welchem die Walze das Stahlprodukt berührt.
Wie später in dieser Beschreibung ausführlich beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Festfressen zwischen den Walzen und den zu walzenden Stahlprodukten, das während des Warmwalzens auftreten kann, wirksam verhindert. Dies verhindert nicht nur, dass Betriebsprobleme auftreten, wenn sogenannte „herkömmliche Stähle" wie Carbonstähle und niederlegierte Stähle gewalzt werden, sondern auch Festfressprobleme bei rostfreien Stählen, insbesondere H-Trägern aus rostfreiem Stahl, bei denen während des Walzens häufig Probleme auftreten. Zusätzlich kann eine Ausbessern oder Reparieren der Walzen und der Produkte vermindert werden, und eine Arbeitseffizienz kann durch Vermindern einer Häufigkeit des Walzenaustauschens verbessert werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Lebensdauer einer großformatigen Walze signifikant verlängert wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ausführliche Studien über die Verhinderung des Festfressens und die Verbesserung der Oberflächenbedingungen oder Eigenschaften der gewalzten Stahlprodukte (Produkte) in Fällen, in denen Stahlprodukte mit Walzen warmgewalzt werden, die aus eisenbasierten Materialien unter Verwendung verschiedner Arten wässriger Lösungen als Schmiermittel, durchgeführt. Als Ergebnis wurde die folgende wichtige Information erhalten.

(1) Der auf der Walzenoberfläche gebildete Oxalatfilm kann das Festfressen verhindern und die Oberflächenbedingungen des Endprodukts beträchtlich verbessern.
(2) Wenn die als Film verwendeten Oxalate von den folgenden Typen (a) bis (c) sind, wurde die Wirkung von (1) oben beobachtet.
(a) Eisenoxalate.
(b) Oxalate von Erdalkalimetallen (beispielsweise Kalziumoxalat, Bariumoxalat und dergelichen).
(c) Gemischte Salze, die aus Eisenoxalat und Erdalkalimetalloxalaten bestehen.
(3) Wenn der Film mit dem oben genannten Oxalat verwendet wird, wird kein Problem dahingehend angetroffen, dass der Reibungskoeffizient zu gering ist, was Schlupfen verursachen könnte. Zusätzlich ist die Antifestfresswirkung groß.
(4) Wenn Walzen zum Warmwalzen unter geeigneten Bedingungen mit einer wässrigen Oxalsäurelösung oder einer wässrigen Lösung, die ein wasserlösliches Oxalat (z. B. ein Alkalimetalloxalat, Ammoniumoxalat und dergleichen) enthält, und einer wässrigen Lösung, die eine wasserlösliche Erdalkalimetallkomponente (z. B. eine Kalziumkomponente, eine Bariumkomponente und dergleichen) enthält, behandelt werden, kann der oben genannte Film aus den Oxalaten (a) bis (c) auf den Walzenoberflächen gebildet werden.

Es ist zu beachten, dass der hier verwendete Begriff „wässrige Lösung, die eine wasserlösliche Erdalkalimetallkomponente enthält" eine „wässrige Lösung, die zumindest 20 ppm oder mehr von Erdalkalimetallionen enthält" bedeutet. Da eine ähnliche Wirkung bei Verwendung irgendeines von „Kalzium", „Barium" und dergleichen als „Erdalkalimetall" erzielt wird, wird „Kalzium" für die folgende Veranschaulichung als typisches „Erdalkalimetall" der Einfachheit halber verwendet.

(5) Bei Kontakt von Kalziumoxalat, das als Oxalatfilm verwendet wird, mit heißen, zu walzenden Stahlprodukten, wird es thermisch in Kalziumcarbonat zerlegt.

Wie bereits ausgeführt worden ist, besitzt Kalziumcarbonat eine gute Wirkung als Festschmiermittel. Die Beseitigung von Kalziumcarbonat ist einfacher als bei anderen Arten anorganischer Festschmiermittel wie Molybdändisulfit und Glas. Wenn allerdings Kalziumcarbonat in der Form von Pulver beschichtet wird, wird unvermeidlich Staub erzeugt, wodurch die Arbeitsumgebung verschlechtert wird. Zusätzlich ist Kalziumcarbonat in Wasser, organischen Lösungsmitteln und Ölen kaum löslich. Wenn Kalziumcarbonat in einem gemischten Zustand mit Wasser, organischen Lösungsmitteln und Ölen stehen kann, setzt es sich ab oder lagert es sich ab, wodurch Rohre oder die Düse verstopft werden.
Wenn im Gegensatz hierzu Kalziumcarbonat durch thermische Ablagerung von Kalziumoxalat, das in Kontakt mit heißen, zu walzenden Stahlprodukten gewesen ist, erzeugt wird, entsteht kein Problem hinsichtlich einer Verschlechterung der Arbeitsumgebung oder einer Verstopfung von Rohren oder der Düse mit Kalziumcarbonat.

(6) Obgleich Kalziumoxalat, das als Oxalatfilm verwendet wird, eine vergleichsweise schwache Anhaftung an Walzen besitzt, weist die Ablagerung des Kalziumoxalatfilms allein eine große Antifestfresswirkung auf. Dies kommt daher, dass das Kalziumoxalat, das in der Form von Partikeln mit einem Durchmesser von 0,3 bis 20 μm vorliegt, in vertiefte Abschnitte der Walzenoberflächen eindringt und sich an den Oberflächen ablagert, um einen Film zu bilden, wodurch der metallische Kontakt zwischen den heißen, zu walzenden Stahlprodukten und den Walzen verhindert wird.

Wenn ein aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat bestehender, gemischter Film auf Walzenoberflächen gebildet wird, wird das mit Eisenoxalat [11] geschützte Kalziumoxalat [11] zufriedenstellend auf einer Walze [13] abgelagert, wie in 1 gezeigt, was eine größere Antifestfresswirkung sicherstellt.

(7) Von Oxalatfilmen kann ein Eisenoxalatfilm sehr leicht durch Sprühen oder Beschichten beispielsweise einer wässrigen Lösung aus Oxalsäure repariert werden, selbst wenn der Film während des Warmwalzens abgeschält ist.
(8) Wenn ein Film aus einer Mischung bestehend aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat auf den Walzenoberflächen gebildet ist, wird das Eisenoxalat so leicht repariert, dass mit dem Eisenoxalat geschütztes Kalziumoxalat ebenso leicht repariert werden kann.
(9) Die Bildung des Oxalatfilms auf den Walzenoberflächen wird bei sehr viel geringeren Kosten als bei einer mittels eines Galvanisierungsverfahrens, eines CVD-Verfahrens oder eines PVD-Verfahrens hergestellten Oberflächenbeschichtung durchgeführt.

Gemäß dem Verfahren und der Walze der vorliegenden Erfindung kann, wenn eine Oxalatfilm (z. B. zumindest ein Film, der aus einem Eisenoxalatfilm und einem Kalziumoxalatfilm ausgewählt ist) auf den Walzenoberflächen gebildet wird, beispielsweise durch ein Verfahren gemäß einem von (d) bis (f) wie oben angegeben, das Festfressen zwischen den Walzen und den zu walzenden Stahlprodukten verhindert werden, wodurch die Walzenlebensdauer (d. h. die Zeitdauer, bevor die Walze durch eine neue ersetzt wird) und der Oberflächenzustand der Produkte signifikant verbessert werden.

(d) Vor der Verwendung von Walzen zum Warmwalzen werden die Walzenoberflächen, die Kontakt mit den zu walzenden Stahlprodukten haben werden, geeignet mit einer wässrigen Oxalsäurelösung behandelt.
(e) Eine wässrige Oxalsäurelösung wird als ein Teil oder als gesamtes Kühlwasser für Walzen während des Warmwalzens verwendet.
(f) Kühlwasser von zwei Leitungen werden zum Kühlen von Walzen, die zum Warmwalzen verwendet werden, verwendet. Eine wässrige Oxalsäurelösung oder eine wässrige Lösung, die ein wasserlöslichen Oxalat (d. h. ein Alkalimetalloxalat, Ammoniumoxalat und dergleichen) enthält, wird als ein Teil oder als gesamtes Kühlwasser von einer Leitung verwendet, und eine wässrige Lösung, die eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthält, wird als ein Teil oder als gesamtes Kühlwasser von einer anderen Leitung verwendet.

Falls der Oxalatfilm gemäß dem Verfahren (f) gebildet wird, wird ein so genanntes „in Wasser kaum lösliches" Kalziumcarbonat auf den Walzenoberflächen gebildet, wodurch kein Problem hinsichtlich eines Verstopfens einer Düse zum Strahlen des Kühlwassers erzeugt wird. Zusätzlich setzt sich Kalziumoxalat nicht in dem Kühlwasser ab.
Die Bildung eines Films auf Walzenoberflächen durch die Behandlung der Walzen mit einer wässrigen Oxalsäurelösung basiert auf der folgenden Gleichung (A): Fe + C2H2O4 → FeC2O4 + H2 (A).
Insbesondere wenn die Walzen in eine wässrige Oxalsäurelösung eingetaucht werden, oder wenn eine wässrige Oxalsäurelösung auf die Walzen beschichtet oder aufgesprüht wird um die Oxalsäure darauf abzulagern, wird Eisen an den Walzoberflächen gelöst, um entsprechend den folgenden Gleichungen (B) bis (E) Wasserstoff zu erzeugen, woraufhin Eisenionen und Oxalationen reagieren, um FeC₂O₄ zu erzeugen. Somit wird FeC₂O₄ erzeugt und bildet einen Film, der die Walzenoberflächen bedeckt. Fe → Fe2 + 2e– (B) C2H2O4 → 2H+ + C2O4 2– (C) 2H+ + 2e– → H2 (D) Fe2+ + C2O4 2– → FeC2O4 (E).
Der Eisenoxalatfilm wird thermisch in Eisenoxid gemäß der Formel (F) bei Kontakt mit heißen, zu walzenden Stahlprodukten zerlegt, und das Eisenoxid verhindert den metallischen Kontakt zwischen den Stahlprodukten und den Walzen. FeC2O4 → FeO + CO2 + CO (F).
Die Bildung eines Kalziumoxalatfilms basiert auf der Reaktion gemäß der folgenden Formel (G): C2O4 2– + Ca2+ → CaC2O4 (G).
Während des Warmwalzens der Stahlprodukte gelangt das Kalziumoxalat mit den heißen Stahlprodukten in Kontakt, die auf näherungsweise 800°C oder mehr erwärmt sind, und wird in Kalziumcarbonat umgewandelt, wodurch es wirksam als Festschmiermittel genutzt wird, wie es hier angegeben ist. CaC2O4 → CaCO3 + CO (H).
Das oben erzeugt CO wird den heißen Strahlprodukten aufgesetzt, woraufhin es sich leicht in CO₂ umwandelt, wie in der Formel (I) gezeigt: 2CO → C + CO2 (I).
Es ist zu beachten, dass selbst wenn beispielsweise Ionen wie Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Cl^– und dergleichen, die aus Oxalaten und Kalziumkomponenten abgeleitet sind, in dem Kühlwasser für Walzen enthalten sind, die Bildung eines gewünschten Oxalatfilms nicht schädlich beeinflusst wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die die Bildung eines Oxalatfilms auf einer Walzenoberfläche zeigt.
2 ist eine Tabelle, welche die Reibungstestbedingungen für ein „Ringscheibensystem" zeigt, das in Beispiel 1 verwendet wird.
3 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Bewerten einer Reibungseigenschaft gemäß dem in Beispiel 1 verwendeten „Ringscheibensystem" zeigt.
4A ist ein Diagramm, welches die Ergebnisse der Bewertung der Reibungseigenschaften in dem Reibungstest in Beispiel 1 zeigt, wobei das Teststück entsprechend einer Walze nicht der Bildung irgendeines Films unterworfen worden ist.
4B ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Bewertung einer Reibungseigenschaft in dem Reibungstest für Beispiel 1 zeigt, wobei das Teststück entsprechend einer Walze mit einem Film aus Eisenoxalat als Oxalatfilm gebildet worden ist.
5 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Bewerten einer Reibungseigenschaft gemäß einem „Scheiben-Scheibensystem", das in Beispiel 2 verwendet wird, zeigt.
6 ist eine Tabelle, welche die Reibungstestbedingungen eines „Scheiben-Scheiben-Systems", das in Beispiel 2 verwendet wird, zeigt.
7 ist eine Tabelle, welche die Reibungstestbedingungen eines „Zylinder-Block-Systems", das in Beispielen 3, 4, 5 und 6 verwendet wird, zeigt.
8 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Bewerten einer Reibungseigenschaft gemäße einem „Zylinder-Block-Systems", das in Beispielen 3 und 6 verwendet wird, zeigt.
9A ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Bewertung der Reibungseigenschaf t in dem Reibungstest für Beispiel 3 zeigt, wobei das Teststück entsprechend einer Walze nicht der Bildung irgendeines Films unterworfen worden ist.
9B ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Bewertung einer Reibungseigenschaft in dem Reibungstest für Beispiel 3 zeigt, wobei das Teststück entsprechend einer Walze mit dem Film aus einem Kalziumoxalat als Oxalatfilm gebildet worden ist.
10 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Bewerten einer Reibungseigenschaft gemäß einem Zylinder-Block-Systems", das in Beispiel 4 verwendet wird, zeigt.
11A ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Bewertung einer Reibungseigenschaft in dem Reibungstest für Beispiel 4 zeigt, wobei das Teststück entsprechend einer Walze nicht der Bildung irgendeines Films unterworfen worden ist.
11B ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Bewertung einer Reibungseigenschaft in dem Reibungstest für Beispiel 4 zeigt, wobei das Teststück entsprechend einer Walze mit dem Film bestehend aus einer Mischung aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat als Oxalatfilm gebildet worden ist.
12 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Bewerten einer Reibungseigenschaft gemäß einem Zylinder-Block-Systems", das in Beispiel 5 verwendet wird, zeigt.
13A ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Bewertung einer Reibungseigenschaft in dem Reibungstest für Beispiel 5 zeigt, wenn das Teststück entsprechend einer Walze nicht der Bildung irgendeines Films unterworfen worden ist.
13B ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Bewertung einer Reibungseigenschaft in dem Reibungstest für Beispiel 5 zeigt, wobei das Teststück entsprechend einer Walze mit dem Film bestehend aus einer Mischung aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat als Oxalatfilm gebildet worden ist.
14A ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Bewertung einer Reibungseigenschaft in dem Reibungstest für Beispiel 6 zeigt, wenn das Teststück entsprechend einer walze nicht der Bildung irgendeines Films unterworfen worden ist.
14B ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Bewertung einer Reibungseigenschaft in dem Reibungstest für Beispiel 6 zeigt, wobei das Teststück entsprechend einer Walze mit dem Film bestehend aus einer Mischung aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat als Oxalatfilm gebildet worden ist.
15 ist eine Ansicht, welche die Strömung von Kühlwasser zu den Walzen zeigt, die in der Lage sind, einen Flansch während eines Anlagentests unter Einsatz eines Walzwerks zu bilden.
16 ist eine Tabelle, die die Bedingungen eines Anlagentests unter Einsatz eines Walzwerks zeigt.
17 ist eine Ansicht, die ein Produktprofil zeigt, das durch den Walztest gewalzt ist.
18 ist eine weitere Ansicht, welche die Strömung von Kühlwasser zu Walzen zeigt, die in der Lage sind, einen Flansch während eines Anlagentests unter Einsatz eines Walzwerks zu formen.
19 ist eine Tabelle, die weitere Bedingungen eines Anlagentests unter Einsatz eines Walzwerks zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Um innerhalb kurzer Zeit einen Oxalatfilm auf den Walzenoberflächen zu bilden, die Kontakt mit den zu walzenden Stahlprodukten besitzen, sollten auf folgende Weise die Konzentration einer wässrigen Oxalsäurelösung, einer ein wasserlösliches Oxalat enthaltenden, wässrigen Lösung, und einer eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthaltenden, wässrigen Lösung, die Behandlungstemperatur für die jeweiligen Lösungen, die Menge der Lösung und die Art des Materials für die Warmwalzwalzen bestimmt werden.
(1) Konzentration einer wässrigen Oxalsäurelösung:
Die Konzentration einer wässrigen Oxalsäurelösung muss nicht kritisch sein. Um einen gewünschten Film innerhalb einer kurzen Zeit zu bilden, ist es allerdings bevorzugt, dass die Konzentration derart ist, dass 10 bis 100 g Oxalsäure (C₂H₂O₄) pro 1 Liter Wasser vorhanden sind.
(2) Behandlungstemperatur einer wässrigen Oxalsäurelösung auf Walzenoberflächen:
Die Temperatur beim Behandeln (z. B. Sprühen) einer wässrigen Oxalsäurelösung auf Walzenoberflächen, bei welcher ein Oxalatfilm gebildet wird, ist nicht kritisch. Um den Film in einer kurzen Zeit zu bilden, sollte die Behandlungstemperatur allerdings bevorzugt im Bereich von 20 bis 90°C liegen.
(3) Menge wässriger Oxalsäurelösung:
Um einen gewünschten Oxalatfilm innerhalb einer kurzen Zeit zu bilden, ist es bevorzugt, die Walzen mit einer wässrigen Oxalsäurelösung mit den nachfolgend beschriebenen Mengen zu behandeln.
Wenn die wässrige Oxalsäurelösung auf Walzenoberflächen gesprüht oder beschichtet wird, wird die wässrige Oxalsäurelösung, die eine in (1) beschriebene Konzentration besitzt, auf die Walzenoberflächen bei einer Behandlungstemperatur wie in (2) beschrieben bei einer Menge von 1 Liter oder mehr/Minute pro 1 m² der Walzenoberfläche aufgesprüht oder beschichtet.
Falls die Walzen in die wässrige Oxalsäurelösung eingetaucht werden, ist es wünschenswert, diese in eine wässrige Oxalsäurelösung mit einer Konzentration wie in (1) bei 20 bis 90°C in eine Menge von 1 Liter oder mehr pro 1 m² der Walzenoberfläche zu tauchen.
(4) Wässrige Lösung, die ein wasserlösliches Oxalat enthält:
Die Art des wasserlöslichen Oxalats ist nicht kritisch. Beispielsweise können Alkalimetalloxalate, Ammoniumoxalate und dergleichen verwendet werden. Die Konzentration der wässrigen Lösung, welche das wasserlösliche Oxalat enthält, muss ebenso nicht kritisch sein. Um einen gewünschten Film innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu bilden, sollte die Konzentration der wässrigen Lösung allerdings bevorzugt 10 bis 100 g eines wasserlöslichen Oxalats pro 1 Liter Wasser sein, wie zuvor.
(5) Behandlungstemperatur einer wässrigen Lösung, die eine wasserlösliches Oxalat enthält, auf die Walzenoberflächen:
Eine wässrige Lösung, die ein wasserlösliches Oxalat enthält, und eine wässrige Lösung, die eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthält, reagieren auf den Walzenoberflächen, um einen Film aus Kalziumoxalat zu bilden. Die Temperatur zum Behandeln (z. B. Sprühen) der wässrigen Lösung, die ein wasserlösliches Oxalat enthält, auf die Walzenoberflächen, auf welchen der Film gebildet wird, ist nicht kritisch. Um allerdings einen gewünschten Film innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu bilden, sollte die Behandlungstemperatur bevorzugt im Bereich von 20 bis 90°C liegen.
(6) Menge der wässrigen Lösung, die ein wasserlösliches Oxalat enthält:
Um einen gewünschten Oxalatfilm innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu bilden, wird bevorzugt eine wässrige Lösung mit einer wie in (4) beschriebenen Konzentration verwendet, um die Walzenoberflächen bei einer wie in (5) definierten Behandlungstemperatur mit einer Menge von 1 Liter oder mehr/Minute pro 1 m² der Walzenoberfläche zu behandeln.
(7) Wässrige Lösung, die eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthält:
Die Art der wasserlöslichen Kalziumkomponente ist nicht kritisch. Beispielsweise sind Chloride und Nitrate akzeptabel. Die wässrige Lösung, die eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthält, kann eine „wässrige Lösung, die zumindest 20 ppm oder mehr Kalziumionen enthält" sein, und ihre Konzentration muss nicht kritisch sein. Um allerdings einen gewünschten Film innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu bilden, sollte die wässrige Lösung bevorzugt eine Konzentration einer Kalziumkomponente von 10 bis 100 g pro 1 Liter Wasser besitzen.
(8) Behandlungstemperatur einer wässrigen Lösung, die eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthält, auf die Walzenoberflächen:
Eine wässrige Lösung, die eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthält, und eine wässrige Oxalsäurelösung, oder eine wässrige Lösung, die ein wasserlösliches Oxalat enthält, reagieren auf den Walzenoberflächen, um einen Film aus Kalziumoxalat zu bilden. Die Temperatur des Behandelns (z. B. Sprühens) der die wasserlösliche Kalziumkomponente enthaltenden, wässrigen Lösung auf die Walzenoberflächen, auf welchen der Film gebildet wird, ist nicht kritisch. Allerdings sollte, um einen gewünschten Film innerhalb einer kurzen Zeitdauer, zu bilden, die Behandlungstemperatur bevorzugt in dem Bereich von 20 bis 90°C liegen.
(9) Menge einer wässrigen Lösung, die eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthält:
Für die Bildung eines gewünschten Oxalatfilms innerhalb einer kurzen Zeitdauer wird bevorzugt eine wässrige Lösung verwendet, die eine wie in (7) beschriebene Konzentration besitzt, um die Walzenoberflächen bei solchen Behandlungsbedingungen wie in (8) beschrieben mit einer Menge von 1 Liter oder mehr/pro Minute pro 1 m² der Walzenoberfläche zu behandeln.
Unter Einsatz der oben genannten Bedingungen (1) bis (9) können die Oxalatfilme innerhalb einer kurzen Zeitdauer gebildet werden, beispielsweise kann ein Eisenoxalatfilm mit einer Dicke von 10 bis 25 μm gebildet werden, und der Kalziumoxalatfilm in der Form von Partikeln mit einer Größe von näherungsweise 0,3 bis 20 μm kann mit einer Dicke von 80 bis 100 μm gebildet werden. Eine bevorzugte Dicke des Eisenoxalatfilms liegt in dem Bereich von 15 bis 20 μm. Gleichermaßen liegt eine bevorzugte Größe der Kalziumoxalatpartikel im Bereich von 0,3 bis 5 μm.
(10) Material für die Walzen:
Die Art des Materials für die Walzen ist nicht kritisch, solange ein eisenbasiertes Material verwendet wird. Um einen gewünschten Oxalatfilm innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu bilden, wird bevorzugt ein Material verwendet, das 40 Gewichtsprozent oder mehr Eisen (Fe) enthält. Beispiele eines derartigen Materials umfassen Adamitstahl, duktiles Gusseisen, Nickelkorneisen, Gusseisen mit hohem Chromanteil, Schnellarbeitsstähle und dergleichen.
FAlls die oben genannten Anforderungen (1) bis (10) erfüllt sind, kann ein Eisenoxalatfilm aus gewünschten Oxalatfilmen innerhalb einer Behandlungszeit von einer Sekunde bis 60 Minuten gebildet werden, und der Kalziumoxalatfilm kann innerhalb einer sehr kurzen Zeit, einer Sekunde oder weniger, gebildet werden.
Um die Bildungszeit des Oxalatfilms und insbesondere eines Eisenoxalatfilms weiter zu verkürzen, und um ebenso die Filmdicke zu erhöhen, ist es bevorzugt, Natriumthiosulfat und dergleichen als Reaktionsbeschleuniger einer wässrigen Oxalsäurelösung zuzufügen.
Das Warmwalzverfahren für Stahlprodukte gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch geeignetes Definieren der oben genannten Anforderungen (1) bis (3) und (10) und Warmwalzen der Stahlprodukte durch Verwendung der in eine wässrige Oxalsäurelösung eingetauchten Walzen oder der mit einer wässrigen Oxalsäurelösung besprühten oder beschichteten Walzen ausgeführt werden. Alternativ kann das Warmwalzverfahren für Stahlprodukte gemäß der vorliegenden Erfindung durch geeignetes Definieren der oben genannten Anforderungen (1) bis (10), Bereitstellen einer wässrigen Oxalsäurelösung oder einer wässrigen ein wasserlösliches Oxalat enthaltenden Lösung und einer wässrigen eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthaltenden Lösung als ein Teil oder als Gesamtheit des Walzenkühlwassers und durch Warmwalzen der Stahlprodukte ausgeführt werden, während diese wässrigen Lösungen über die Oberflächen der zum Warmwalzen verwendeten Walzen aus Düsen in separaten Anlagen gesprüht werden. Gemäß diesen Warmwalzverfahren können das Festfressen zwischen den Walzen und den zu walzenden Stahlprodukten, der Verschleiß der Walzen und die Verschlechterung sowohl der Walzen als auch der Stahlprodukte vermieden werden.
Die Warmwalzwalze für Stahlprodukte gemäß der vorliegenden Erfindung kann leicht durch geeignetes Definieren der oben genannten Anforderungen (1) bis (3) und (10) und Eintauchen der Walzen in eine wässrige Oxalsäurelösung, oder durch Sprühen oder Beschichten einer wässrigen Oxalsäurelösung auf die Walzen erhalten werden. Alternativ kann die Warmwalzwalze durch Stahlprodukte gemäß der vorliegenden Erfindung leicht durch geeignetes Definieren der oben genannten Anforderungen (1) bis (6) und Bereitstellen einer wässrigen Oxalsäurelösung oder einer wässrigen ein wasserlösliches Oxalat enthaltenden Lösung, und einer wässrigen, eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthaltenden Lösung als Walzenkühlwasser, und durch Sprühen dieser wässrigen Lösungen über die Walzenoberflächen aus Düsen in separaten Anlagen erhalten werden.
(Beispiele)
Die vorliegende Erfindung wird nun konkret anhand von Beispielen beschrieben, die nicht als begrenzend für die vorliegende Erfindung betrachtet werden sollten.
(Beispiel 1)
Verschiedene Arten eisenbasierter Walzenmaterialien für das Warmwalzen wurden jeweils mit einer wässrigen Oxalsäurelösung behandelt, um zu überprüfen, wie ein Eisenoxalatfilm gebildet wurde. Insbesondere wurden Teststücke, die jeweils aus Adamitstahl, duktilem Gusseisen und Nickelkorneisen herausgeschnitten waren, jeweils auf den Oberflächen fertigbearbeitet und gereinigt, oder wurden jeweils fertigbearbeitet, mit #80 bis #180 Sandpapieren poliert und gereinigt. Danach wurde jedes Stück für zehn Minuten in eine wässrige Oxalsäurelösung getaucht, die 30 g Oxalsäure (C₂H₂O₄) pro 1 Liter Wasser enthielt, und die auf 80°C erwärmt war. Die Menge der Lösung pro 1 m² für eine Oberfläche jedes Teststücks betrug zehn Liter.
Danach wurde der auf der Oberfläche jedes Teststücks gebildete Eisenoxalatfilm durch ein Rasterelektronenmikroskop und ebenso durch ein optisches Mikroskop betrachtet. Die Dicke des Eisenoxalatfilms wurde unter Verwendung eines elektromagnetischen Dickenmessers gemessen.
Als Ergebnis wurde festgestellt: (1) dass Oberflächenabschnitte jedes Teststücks, außer des Oberflächenkarbids, mit dichten Kristallen von Eisenoxalat (FeC₂O₄) bedeckt waren, die eine Länge von 5 bis 10 μm besitzen, und (2) dass die Dicke des auf der Oberfläche des Teststücks gebildeten Eisenoxalatfilms im Bereich von 15 bis 20 μm lag.
Die Reibungscharakteristik des Eisenoxalatfilms wurde unter in 2 gezeigten Bedingungen gemäß einem in 3 gezeigten Verfahren bewertet. In 3 wurde ein Teststück [1] (aus Adamitstahl hergestellt) entsprechend einer Walze als ein Ring bereitgestellt. Während eine Scheibe eines Teststücks [2] (hergestellt aus SUS 304) entsprechend einem zu walzenden Stahlprodukt rotiert wurde, wurde es auf eine Testtemperatur (800°C) mittels einer Induktionsheizvorrichtung (einer in 3 gezeigten Heizspule [3] allein) erwärmt. Der Ring des Teststücks [1] wurde gegen die Scheibe des Teststücks [2] mit einer Belastung von P (980 N) gezwängt. Diese Testvorrichtung ist ein sogenanntes „Ring-Scheibensystem". Gemäß diesem Test konnte die Antifestfresseigenschaft eines Films bewertet werden.
Um die Genauigkeit im Hinblick auf die Bewertungsergebnisse der Reibungseigenschaften des auf den Walzenoberflächen gebildeten Films sicherzustellen, wurde ein Test entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wie folgt durchgeführt. Die Reibungsfläche (Oberfläche) des Teststücks [1] wurde mit einem #180 Sandpapier poliert und dann gereinigt, gefolgt von einem Testen nach der Bildung eines Eisenoxalatfilms auf der derart gereinigten Oberfläche. Als Vergleichstest entsprechend einem vorbekannten, herkömmlichen Walzverfahren wurde die Reibungsfläche (Oberfläche) des Teststücks [1] mit einem #180 Sandpapier poliert und gereinigt, jedoch wurde der Film aus Eisenoxalat nicht gebildet.
Das „Schlupfverhältnis" in den Testbedingungen aus 2 wurde derart bestimmt, dass wenn die Rotationsgeschwindigkeiten der Teststücke [1] und [2] jeweils als V₁ und V₂ betrugen, das Schlupfverhältnis (%) = 100 (V₂ – V₁)/V₂ betrug.
In 4A und 4B sind die Ergebnisse der unter den oben angegebenen Bedingungen durchgeführten Reibungstests gezeigt. 4A zeigt die Ergebnisse des Vergleichstests, in welchem das Teststück [1] entsprechend einer Walze nicht der Bildung irgendeines Films unterworfen war. 4B zeigt die Ergebnisse der Bewertung der Reibungseigenschaft in dem Test des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, wobei das Teststück [1] mit dem Film aus Eisenoxalat als Oxalatfilm gebildet wurde.
In dem Falle des Vergleichsverfahrens (4A) fand ein Festfressen unmittelbar nach Beginn des Reibungskontakts in schädlicher Weise statt. In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem das Teststück mit dem Film aus Eisenoxalat auf der Oberfläche davon gebildet war (4B), ist ersichtlich, dass ein Auftreten des Festfressens unterdrückt war.
(Beispiel 2)
Um die Reibungseigenschaft eines Films in einem Zustand nahe zu denjenigen eines Walzwerks, während dieses rotiert, zu bewerten, wurde gemäß einer in 5 gezeigten Vorrichtung ein Teststück [2] (in der Form einer aus SUS 304 hergestellten Scheibe) entsprechend einem zu walzenden Stahlprodukt auf eine Testtemperatur (800°C) mittels einer Induktionsheizvorrichtung (einer in 5 allein gezeigten Heizspule [3]) erwärmt. Ein Teststück [1] (in der Form einer aus Schnellarbeitsstahl hergestellten Scheibe entsprechend einer Walze wurde einem Reibungstest unter Einsatz eines „Scheibe-Scheibe-Systems" unterworfen, wobei das Teststück [1] gegen das Teststück [2] gezwängt wurde. In diesem Test wurde das Teststück [1] mit einem #180 Sandpapier poliert, gereinigt und einem Test unterworfen, um die Testbedingen nahe zu den Walzbedingungen eines Walzwerks zu bringen. Mit dem Test entsprechend den Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde eine wässrige Oxalsäurelösung mit einer Konzentration von 50 g Oxalsäure (C₂H₂O₄) pro 1 Liter Wasser als Kühlwasser (Balzenkühlwasser) [4] für das Teststück [1] entsprechend einer Walze bereitgestellt. Andererseits wurde Leitungswasser als Kühlwasser [4] in dem Vergleichstest entsprechend einem vorbekannten, herkömmlichen Walzverfahren verwendet. In beiden Fällen wurde das Kühlwasser [4] mit einer Menge von 0,1 Liter pro Minute zugeführt, unmittelbar bevor der Reibungskontakt zwischen den Teststücke [1] und [2] auftrat.
Die Reibungstestbedingungen sind in 6 gezeigt. Es ist zu beachten, dass wie bei den Testbedingungen aus 2 das „Schlupfverhältnis" in den Testbedingungen aus 6 derart bestimmt wurde, dass wenn die Rotationsgeschwindigkeiten der Teststücke [1] bzw. [2] als V₁ und V₂ angenommen wurden, das Schlupfverhältnis (%) = 100 (V₂ – V₁)/V₂ betrug.
Die Ergebnisse des unter derartigen, wie oben angegebenen Bedingungen durchgeführten Reibungstests ergaben, dass wie bei den Ergebnissen aus Beispiel 1 mit dem Vergleichstest eine große Anzahl von Kerben, die sich scheinbar aus einem Festfressen ergaben, in der Reibungsoberfläche beobachtet wurden, und zwar unmittelbar nach Beginn des Reibungskontakts, und ihr Auftreten wurde mit Verstreichen der Reibungszeit immer schlimmer.
Im Gegensatz hierzu wurde, wenn die wässrige Oxalsäurelösung als Kühlwasser gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, keine Einkerbung beobachtet, wie sie in dem Vergleichsbeispiel beobachtet worden war. In diesem Falle kann die Dicke des auf der Oberfläche gebildeten Films als Oxalat (Eisenoxalat) als sehr dünn betrachtet werden, jedoch wurde kein Festfressen in den Reibungsoberflächen beobachtet. Dementsprechend wird angenommen, dass der Eisenoxalatfilm zwischen den Teststücken [1] und [2] gebildet ist, mittels dessen das Festfressen verhindert werden kann.
(Beispiel 3)
Um die Reibungseigenschaft eines Films in einem Zustand nahe zu demjenigen eines Walzwerks, wie in Beispiel 2, zu bewerten, wurde ein in 8 gezeigtes System unter in 7 angegebenen Bedingungen verwendet, um die Eigenschaft zu bestimmen. Insbesondere wurde ein Teststück [2] (in der Form eines aus SUS 304 hergestellten Blocks) entsprechend einem zu walzenden Stahlprodukt auf eine Testtemperatur (800°C) mittels einer Induktionsheizvorrichtung (einer in 8 allein gezeigten Heizspule [3]) erwärmt. Dann wurde ein Reibungstest unter Einsatz eines sogenannten „Zylinder-Blocksystems" ausgeführt, wobei das Teststück [2] gegen ein Teststück [1] (in der Form eines aus Adamitstahl hergestellten Zylinders, wobei die Anzahl von Rotationen 10 U/min betrug) entsprechend einer Walze bei einer Belastung von P (980 N) gezwängt.
Es ist zu beachten, dass das „Schlupfverhältnis" in den Testbedingungen aus 7 derart bestimmt wurde, dass wenn die Rotationsgeschwindigkeiten der Teststücke [1] bzw. [2] als V₁ und V₂ angenommen wurden, das Schlupfverhältnis (%) = 100 (V₁ – V₂)/V₁ betrug.
Der Grund, dass die Form des Teststücks [1] in Beispiel 3 als „Zylinder" bezeichnet wird, und dass die Formen der Teststücke [2] in Beispiel 1 und die Teststücke [1] und [2] in Beispiel 2 alle als „Scheibe" bezeichnet werden, wobei sie ähnlich zu derjenigen des Teststücks [1] in Beispiel 3 sind, ist lediglich an die übliche Praxis bei Reibungstest angepasst.
In dem Test wurde das Teststück [1] entsprechend einer Adamitstahlwalze fertigbearbeitet, mit #180 Sandpapier poliert und gereinigt, wonach es gestestet wurde.
In dem Test wurden gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine wässrige Oxalsäurelösung mit einer Konzentration von 50 g Oxalsäure (C₂H₂O₄) pro 1 Liter Wasser und eine wässrige Lösung mit 50 g Kalziumchlorid pro 1 Liter Wasser jeweils als Kühlwasser [4] für das Teststück [1] aus separaten Düsen [5a] und [5b] zugeführt. Diese wässrigen Lösungen wurden jeweils mit einer Menge von 0,05 Liter/Minute gleichzeitig auf denselben Abschnitt (Position) unmittelbar vor dem Reibkontakt zwischen den Teststücken [1] und [2] gesprüht.
Andererseits wurde in dem Vergleichstest entsprechend einem vorbekannten, herkömmlichen Walzverfahren Leitungswasser als Kühlwasser [4] verwendet und von der Düse [5a] mit einer Menge von 0,1 Liter pro Minute unmittelbar vor dem Reibkontakt zwischen den Teststücken [1] und [2] besprüht.
In 9A und 9B sind die Ergebnisse der unter den oben genannten Bedingungen durchgeführten Reibungstests gezeigt. 9A zeigt die Ergebnisse des Vergleichstests, bei welchem das Teststück [1] entsprechend einer Walze nicht der Bildung eines Films unterworfen wurde. Andererseits zeigt 9B die Ergebnisse der Bewertung der Reibungseigenschaft in dem Test gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, wobei ein Kalziumoxalatfilm auf dem Teststück [1] als Oxalatfilm gebildet wurde.
In dem Falle des Vergleichsverfahrens (9A) fand das Festfressen unmittelbar nach Beginn des Reibungskontakts in schädlicher weise statt. Im dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem der Kalziumoxalatfilm auf der Oberfläche des Teststücks gebildet war, konnte ein Festfressen verhindert werden.
(Beispiel 4)
Es wurde ein Reibungstest unter den in 7 gezeigten Bedingungen bei Verwendung des in 10 gezeigten „Zylinder-Blocksystems" durchgeführt. Das Testverfahren und die Bedingungen waren dieselben wie diejenigen bei Beispiel 3, außer dass die Zufuhr von Kühlwasser [4] für das Teststück entsprechend einer Walze auf unterschiedliche Weise vorgenommen wurde, wie nachfolgend angegeben.
In dem Test wurde gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine wässrige Oxalsäurelösung mit einer Konzentration von 50 g Oxalsäure (C₂H₂O₄) pro 1 Liter Wasser an einer Düse [5a] mit einer Menge von 0,05 Litern pro Minute als Kühlwasser [4] für das Teststück [1] gesprüht. Anschließend wurde ein wässrige Lösung, die 50 g Kalziumchlorid pro 1 Liter Wasser enthält, mit einer Menge von 0,05 Litern pro Minute von einer anderen Düse [5b] in eine getrennte Anlage gesprüht. Gemäß diesem Kühlvorgang wurde ein Eisenoxalatfilm anfänglich auf der Oberfläche des Teststücks [1] auf welchem ein Kalziumoxalatfilm gebildet wurde.
Andererseits wurde in dem Vergleichtest entsprechend einem vorbekannten, herkömmlichen Walzverfahren Leitungswasser als Kühlwasser [4] verwendet, und von der Düse [5] mit einer Menge von 0,1 Liter pro Minute gesprüht.
In 11A und 11B sind die Ergebnisse der unter den oben angegebenen Bedingungen durchgeführten Reibungstests gezeigt. 11A zeigt die Ergebnisse des Vergleichstests, bei welchem das Teststück [1] entsprechend einer Walze nicht der Bildung irgendeines Films unterworfen war. Andererseits zeigt 11B die Ergebnisse der Bewertung der Reibungseigenschaften in dem Test des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Teststück [1] mit dem Film aus der Mischung bestehend aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat auf der Oberfläche gebildet war.
In dem Falle des Vergleichsverfahrens (11A) fand das Festfressen unmittelbar nach Beginn des Reibungskontakts in schädlicher Weise statt. In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem das Teststück mit dem Film aus der Mischung bestehend aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat auf der Oberfläche gebildet war (11B), konnte ein Festfressen verhindert werden.
(Beispiel 5)
Es wurde ein Reibungstest unter in 7 angegebenen Bedingungen unter Einsatz eines in 12 gezeigten „Zylinder-Blocksystems" ausgeführt. Das Testverfahren und die Bedingungen waren dieselben wie diejenigen der Beispiele 3 und 4, außer dass die Zufuhr von Kühlwasser [4] für das Teststück [1] entsprechend einer Walze auf folgende Weise unterschiedlich war.
In dem Test gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde eine wässrige Oxalsäurelösung mit einer Konzentration von 50g Oxalsäure (C₂H₂O₄) pro 1 Liter Wasser von einer Düse [5a] mit einer Menge von 0,1 Litern pro Minute als Kühlwasser [4] für das Teststück [1] gesprüht. Andererseits wurde in dem Vergleichtest entsprechend einem vorbekannten, herkömmlichen Walzverfahren Leitungswasser als Kühlwasser [4] verwendet, und von der Düse [5] mit einer Menge von 0,1 Liter pro Minute gesprüht.
In 13A und 13B sind die Ergebnisse der unter den oben angegebenen Bedingungen durchgeführten Reibungstests gezeigt. 13A zeigt die Ergebnisse des Vergleichstests, bei welchem das Teststück [1] entsprechend einer Walze nicht der Bildung irgendeines Films unterworfen war. Andererseits zeigt 13B die Ergebnisse der Bewertung der Reibungseigenschaften in dem Test des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Teststück [1] mit dem Eisenoxalatfilm auf der Oberfläche gebildet war.
In dem Falle des Vergleichsverfahrens (13A) fand das Festfressen unmittelbar nach Beginn des Reibungskontakts in schädlicher Weise statt. In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der Eisenoxalatfilm auf der Oberfläche des Teststücks gebildet war (13B), konnte der Zeitpunkt, bevor ein Festfressen stattfand, extrem verzögert werden.
(Beispiel 6)
Es wurde ein Reibungstest unter in 7 angegebenen Bedingungen unter Einsatz eines in 8 gezeigten „Zylinder-Blocksystems" ausgeführt. Das Testverfahren und die Bedingungen waren dieselben wie diejenigen der Beispiele 3 bis 5, außer dass die Zufuhr von Kühlwasser [4] für das Teststück [1] entsprechend einer Walze auf folgende Weise unterschiedlich war.
In dem Test gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde eine wässrige Lösung mit einer Konzentration von 50g Kaliumoxalat pro 1 Liter Wasser bzw. eine wässrige Lösung mit 50g Kalziumchlorid pro 1 Liter Wasser als Kühlwasser [4] für das Teststück [1] aus getrennten Düsen [5a] und [5b] zugeführt. Diese wässrigen Lösungen wurden jeweils mit einer Menge von 0,05 Liter/Minute gleichzeitig auf denselben Abschnitt (Position) unmittelbar vor dem Reibkontakt zwischen den Teststücken (1] und [2] gesprüht.
Andererseits wurde in dem Vergleichstest entsprechend einem vorbekannten, herkömmlichen Walzverfahren Leitungswasser als Kühlwasser [4] verwendet und von der Düse [5a] mit einer Menge von 0,1 Liter pro Minute unmittelbar vor dem Reibungskontakt zwischen den Teststücken [1] und [2] gesprüht.
In 14A und 14B sind die Ergebnisse der unter den oben genannten Bedingungen durchgeführten Reibungstests gezeigt. 14A zeigt die Ergebnisse des Vergleichstests, bei welchem das Teststück [1] entsprechend einer Walze nicht der Bildung irgendeines Films unterworfen wurde. Andererseits zeigt 14B die Ergebnisse der Bewertung der Reibungseigenschaft in dem Test des Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Teststück [1] mit dem Kalziumoxalatfilm auf der Oberfläche gebildet war.
In dem Falle des Vergleichsverfahrens (14A) fand das Festfressen unmittelbar nach Beginn des Reibungskontakts in schädlicher Weise statt. Im dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem der Kalziumoxalatfilm auf der Oberfläche des Teststücks gebildet war (14B), konnte ein Festfressen verhindert werden.
In den oben genanten Beispielen war ein Oxalatfilm auf der Oberfläche eines Teststücks entsprechend einer Warmwalzwalze gebildet, um die Antifestfresseigenschaft in einem labormäßigen Maßstab zu bewerten. Die folgenden Beispiele veranschaulichen Tests unter Einsatz einer Walzwerkanlage.
(Beispiel 7)
Um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung deutlicher zu bestätigen, wurde gemäß dem Walzverfahren der vorliegenden Erfindung ein Walztest unter Einsatz von Warmwalzwalzen durchgeführt, die auf der Oberfläche mit einem Oxalatfilm ausgebildet waren. In dem Test wurden Endwalzwalzen eines Universalwalzwerks, das zur Herstellung von Stahlabschnitten verwendet wurde, als Testvorrichtung ausgewählt. Ein zu walzendes Stahlprodukt [8] wurde durch ein Paar einer oberen und einer unteren Walze [6] und ein Paar einer rechten und einer linken, vertikalen Walze [7] gewalzt. Die Walzen [6] und [7], die aus einem Nickelkorneisen als Ausgangsmaterial, das an der Oberfläche durch eine Drehbearbeitung abgeschält und mit einem Schleifer poliert wurde, hergestellt waren, wurden als Testwalzen vorgesehen. Das zu walzende Stahlprodukt [8] war aus SUS 304 hergestellt.
In dem Walzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine wässrige Oxalsäurelösung zu den Oberflächen der Walzen [6] und [7] zugeführt, wie in 15 gezeigt. Das heißt, eine wässrige Oxalsäurelösung mit einer Konzentration von 30 g Oxalsäure (C₂H₂O₄) pro 1 Liter Wasser wurde auf flanschbildende Walzabschnitte [a] bis [d] der jeweiligen Walzen unter Einsatz von Düsen mit einer 1 Liter pro Minute gerade vor dem Walzen aufgesprüht. Zum Vergleich wurde ein Walzen mit einem vorbekannten, herkömmlichen Walzenverfahren durch Sprühen herkömmlichen Industriewassers auf die oben genannten Abschnitte [a] bis [d] mit einer Menge von 10 Litern pro Minute durchgeführt. In 16 sind die Anlagentestbedingungen des Walzwerks gezeigt. 17 zeigt das Profil eines Stahlprodukts.
Der Anlagentest wurde unter den oben angegebenen Bedingungen durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass im Falle des vorbekannten, herkömmlichen Walzverfahren Kratzer (das Festfressen) in der Form eines Halbmondes an den Flanschabschnitten des Produkts ab dem ersten Zyklus des Walzens beobachten wurden. Es wurde ein Verschleiß der Walzen und eine Verschlechterung sowohl der Walzen als auch des Produkts erkannt. Im Gegensatz hierzu war bei dem Walzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Rate des Auftretens von Kratzern 10% oder weniger.
Zusätzlich wurden Kohlenstoffstähle und niederlegierte Stähle als zu walzendes Stahlprodukt [8] ebenso unter den selben, oben beschriebenen Bedingungen gewalzt. Als Ergebnis hieraus wurden bei dem Walzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung keine Kratzer erkannt, nachdem die Gesamtwalzmenge 100 Tonnen erreichte.
(Beispiel 8)
Mit dem Walzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein Walztest durchgeführt, bei welchem ein aus einer Mischung aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat bestehender Film auf den Oberflächen von Warmwalzwalzen als Oxalatfilm gebildet wurde. Bei diesem Walztest wurden Endwalzwalzen eines In dem Test wurden Endwalzwalzen eines Universalwalzwerks, das zur Herstellung von Stahlabschnitten verwendet wird, als Testvorrichtung ausgewählt.
Die Testwalzen und das zu walzende Stahlprodukt waren dieselben wie diejenigen aus Beispiel 7. Insbesondere wurden die Walzen [6] und [7], die aus einem Nickelkorneisen als Ausgangsmaterial, das an der Oberfläche mittels Drehbearbeitung abgeschält und mit einem Schleifer poliert wurde, hergestellt waren, verwendet, und das zu walzende Stahlprodukt [8] war aus SUS 304 hergestellt.
Bei dem Walzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wurde das Kühlwasser zu den Oberflächen der Walzen [6] und [7] auf die in 18 gezeigte Weise zugeführt. Insbesondere wurde eine wässrige Oxalsäurelösung mit einer Konzentration von 50 g Oxalsäure (C₂H₂O₄) pro 1 Liter Wasser und eine wässrige Lösung mit 50g Kalziumchlorid pro 1 Liter Wasser jeweils auf flanschbildende Walzabschnitte [a] bis [d] der jeweiligen Walzen von Düsen in getrennten Anlagen mit einer 1 Liter pro Minute gerade vor dem Walzen gesprüht. Gleichermaßen wurde eine wässrige Oxalsäurelösung mit einer solchen Konzentration wie oben angegeben auf flanschbildende Walzenabschnitte [e] bis [h] mit einer Menge von 1 Litern pro Minute gerade vor dem Walzen gesprüht.
Gemäß diesem Walzenkühlverfahren konnte ein aus einer Mischung aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat bestehender Film auf den Walzenoberflächen als Oxalatfilm gebildet werden.
Zum Vergleich wurde ein Walzen durch ein vorbekanntes, herkömmliches Walzverfahren durch Sprühen herkömmlichen Industriewassers auf die flanschbildenden Abschnitte [a] bis [d] mit einer Menge von 10 Litern pro Minute durchgeführt. In 19 sind die Anlagentestbedingungen des Walzwerks gezeigt. Das Profil eines Stahlprodukts ist in 17 gezeigt.
Der Anlagentest wurde unter den oben angegebenen Bedingungen durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass im Falle des vorbekannten, herkömmlichen Walzverfahren Kratzer (das Festfressen) in der Form eines Halbmondes an den Flanschabschnitten des Produkts ab dem ersten Zyklus des Walzens beobachten wurden. Es wurde ein Verschleiß der Walzen und eine Verschlechterung sowohl der Walzen als auch des Produkts erkannt.
Im Gegensatz hierzu war bei dem Walzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung keine Kratzer erkannt. Zusätzlich wurde ein geringer Verschleiß der Walzen und keine Verschlechterung sowohl der Walzen als auch des Produkts festgestellt, nachdem die Gesamtwalzmenge 100 Tonnen erreichte.
Zusätzlich wurden Kohlenstoffstähle und niederlegierte Stähle als zu walzendes Stahlprodukt [8] ebenso unter denselben, oben beschriebenen Bedingungen gewalzt. Als Ergebnis hieraus wurden bei dem Walzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung keine Kratzer erkannt, nachdem die Gesamtwalzmenge 100 Tonnen erreichte.
Wie in den obigen Beispielen gezeigt, kann bei dem Warmwalzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Festfressen der Walzen beim Walzen der Stahlabschnitte verhindert werden. Zusätzlich kann ein Verschließ der Walzen unterdrückt werden, während eine Verschlechterung sowohl der Walzen als auch der zu walzenden Stahlprodukte verhindert wird. Es wurde bestätigt, dass die durch die Bildung eines Oxalatfilms erzeugte Wirkung sich nicht nur beim Walzen von H-Trägern, sondern auch beim Walzen anderer Arten von Stahlabschnitten zeigt. Ähnliche Wirkungen wurden beim Warmwalzen von Stahlstäben, Stahlplatten, Stahlblechen in Spulen, Stahlrohren, Stahlflachmaterial und Stahldrahtstangen erhalten.
Es ist zu beachten, dass bestätigt wurde, dass ähnliche Ergebnisse, wie in dem Fall der vier dargelegten „Kalzium" auch bei Verwendung von „Barium" oder „Strontium" als „Erdalkalimetall" erhalten wurden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Durch Verwendung der Warmwalzwalzen gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Festfressen, ein Verschleiß der Walzen und eine Verschlechterung sowohl der Walzen als auch der zu walzenden Stahlprodukte verhindert werden, die andernfalls beim Warmwalzen von Stahlprodukten verursacht würden. Die Walze ist kostengünstig und wird durch ein einfaches Verfahren erhalten.
Wenn ferner ein die vorliegende Erfindung nutzendes Warmwalzverfahren ausgeführt wird, bei welchem Walzen, die zuvor in eine wässrige Oxalsäurelösung getaucht wurden, verwendet werden, oder Walzen in der Anlage einem Besprühen unter den oben angegebenen geeigneten Bedingungen mit einer wässrigen Oxalsäurelösung oder einer ein wasserlösliches Oxalat (z. B. ein Alkalimetalloxalat, Ammoniumoxalat oder dergleichen) enthaltenden, wässrige Lösung, und ebenso mit einer eine wasserlösliche Kalziumkomponente enthaltende Lösung unterworfen werden, zum Walzen verwendet werden, kann ein Festfressen vermieden werden. Gleichzeitig werden, wenn verschiedene Arten von Stahlprodukten einschließlich H-Trägern, die Flanschabschnitte besitzen, gewalzt werden, die Oberflächenbedingungen der gewalzten Produkte beträchtlich verbessert. Das Warmwalzen gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, die Walzenlebensdauer (d. h. die Zeit bevor ein Walzenwechsel auf neue Walzen stattfindet) signifikant verlängert wird. Die Verlängerung der Walzenlebensdauer besitzt eine große wirtschaftliche Wirkung. Die Häufigkeit des Reparierens der Walzen wird vermindert, mit einer beträchtlich verbesserten Arbeitseffizienz.
Falls Schmieröle verwendet werden, wird eine Wasserbehandlungsausrüstung erforderlich, somit ist es notwendig, in die Behandlungsausrüstung zu investieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die ein Festfressen verhindernde Wirkung ähnlich oder größer als diejenige von Ölen, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass keine Wasserbehandlungsausrüstung erforderlich ist. Daher besitzt die vorliegende Erfindung eine große gewerbliche Anwendbarkeit.

Claims

Verfahren zum Warmwalzen eines Stahlproduktes, gekennzeichnet durch Durchführen von Warmwalzen unter Einsatz einer Walze, an welcher ein Oxalatfilm auf der Oberfläche davon zumindest in einem Bereich gebildet worden ist, in welchem die Walze das Stahlprodukt berührt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxalatfilm durch Eintauchen der Walze in eine wässrige Oxalsäurelösung gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxalatfilm durch Aufsprühen oder Aufbringen einer wässrigen Oxalsäurelösung auf die Walze gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxalatfilm durch Inberührungbringen der Walze mit Oxalsäure oder wasserlöslichem Oxalat und einer wässrigen Lösung, welche eine wasserlösliche Erdalkalimetallkomponente enthält, als zumindest einen Teil einer Kühlflüssigkeit für die Walze gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Oxalat ein Oxalat eines Erdalkalimetalls ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Oxalat eine Mischung aus Eisenoxalat und einem Oxalat eines Erdalkalimetalls ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Oxalat eine Mischung aus Eisenoxalat und Kalziumoxalat ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Oxalat Kalziumoxalat ist.
Warmwalzwalze zur Verwendung beim Durchführen des Warmwalzens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze einen Oxalatfilm auf der Oberfläche davon zumindest in einem Bereich besitzt, in welchem die Walze das Stahlprodukt berührt.