EP0261438A2 - Schmierstoff für die spanlose Verformung von Stahl - Google Patents

Abstract

Schmierstoff für die Verwendung bei der spanlosen Verformung von Stahl bei hohen Temperaturen und insbesondere bei der Herstellung von nahtlosen Rohren in sogenannten Multiple pipe mills, wobei der Schmierstoff wasserfest auf dem Werkzeug haften muss. Erreicht wird dies durch einen Schmierstoff, enthaltend neben einem Festschmierstoff und einem Verdickungsmittel einen Binder aus der Reihe der carboxylierten Styrol-Butadienlatices.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schmierstoff für die Verwendung bei der Verformung von Stahl bei hohen Temperaturen, enthaltend einen Festschmierstoff, einen Binder und ein Verdickungsmittel.
• Es ist bekannt, Schmierstoffe, enthaltend beispielsweise Gra­phit, Alkylenpolymerisate oder -mischpolymerisate und ein Dis­pergiermittel oder Filmstabilisator für die spanlose Verformung von Metallen, insbesondere zur Schmierung des Dornes, bei der Herstellung von nahtlosen Rohren einzusetzen (DE-PS 24 50 716). Derartige Schmierstoffe müssen, gerade wenn sie in sogenannten MPM (multiple pipe mills)-Strassen eingesetzt werden, einer Vielzahl von Anforderungen gerecht werden. So muss der Schmier­stoff leicht auftragbar sein, was sich wirtschaftlich nur mit Hilfe einer wässrigen Dispersion bewerkstelligen lässt. Der Schmierstoff muss nach dem Entfernen des Trägers, also des Wassers als wasserfester, gleichmässig dicker Film zurück bleiben, und dieser Film muss bis zu hohen Temperaturen und Drücken eine hohe mechanische Stabilität bei homogener Ver­teilung der Festschmierstoffpartikel aufweisen.
  Ein wesentlicher Anteil an der Erfüllung dieser Anforderun­gen liegt beim Binder. Als Binder wurden in der DE-PS 24 50 716 u.a. genannt: Butadien, und ferner Styrol und Styrol mit Copo­lymeren.
  Diese bekannten Binder vermochten aber nicht alle Anforderun­gen, wie sie in zunehmendem Masse an derartige Schmierstoffe gestellt werden, zu erfüllen. Butadien als Binder war zu weich, Styrol wiederum vermochte, auch nicht mit den gängigen Copoly­meren, einen optimalen Film auszubilden. Styrol-Butadien-Copo­lymere wurden auch in der EP-PS 0 164 637 beschrieben, als Be­standteil eines Hochtemperaturschmierstoffes. Diese Formulierung benötigt aber eine erhebliche Menge eines anorganischen Salz­gemisches, das wiederum nachteilige Wirkungen, beispielsweise in MPM-Strassen, bezüglich einer schlechten Wasserbeständig­keit, zeigt.
• Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen Schmierstoff vor­zuschlagen, der die genannten Nachteile nicht aufweist.
• Erfindungsgemäß wird das mit einem üblichen Schmierstoff, enthaltend als Binder einen carboxylierten Styrol-Butadienlatex, erreicht.
• Vorzugsweise wird als Binder ein carboxylierter Styrol-Buta­dienlatex mit einem Styrolgehalt von mehr als 50% Styrol, vor­zugsweise 70 bis 80% Styrol, eingesetzt.
  In der Regel wird der Binder als wässrige Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 60 Gew.% zu den übrigen Komponenten des Schmierstoffes zugegeben.
  Das Dispergiermittel, im vorliegenden Fall im wesentlichen Wasser, muss der Anmachflüssigkeit, ebenfalls im wesentlichen Wasser, der fertigen Schmierstoffdispersion zugerechnet werden.
• Die Zusammensetzung des Schmierstoffes enthält zweckmässig Mengenanteile von 50 bis 80 Gew.% eines Festschmierstoffes oder Festschmierstoffgemisches, vorzugsweise Graphit, 20 bis 50 Gew.% des Binders, berechnet auf seine Trockenmasse, und 0,2 bis 5,0 Gew.% Verdickungsmittel.
• Ferner kann es sich als vorteilhaft erweisen, Zusätze wie Netzmittel, Emulgatoren, Biocide und Antioxidantien der Zusam­mensetzung beizusetzen. Deren einzelne Mengenanteile richten sich nach den Erzeugervorschriften oder nach Vorversuchen und betragen gewöhnlich bis zu 2 Gew.%
• Die verwendeten einzelnen Bestandteile, die den erfindungsge­mässen Schmierstoff ergeben, lassen sich aus den Reihen nach­folgend genannter Produktegruppen auswählen.
• Als Festschmierstoff können Graphit, MoS₂ (Molybdändisulfid), CaF₂ oder BN eingesetzt werden.
  Von den Festschmierstoffen führt Graphit zu besonders guten Ergebnissen. Aus der Reihe der Graphite werden solche mit hoher Reinheit, beispielsweise über 96%, und einer durch­schnittlichen Korngrösse von nicht mehr als 300 µm bevorzugt. Die besten Ergebnisse lassen sich mit einem Graphit von 99,5% Reinheit und einer durchschnittlichen Korngrösse von 100 µm erzielen.
• Der Schmierstoff soll zum Gebrauch als 10 bis 60 Gew.%ige wässrige Dispersion vorliegen. Die Dispersion weist zweckmässig eine Viskosität von 500 bis 15000 cp bei 10 bis 30°C auf.
• Um die Viskosität der Dispersion zu erreichen, wird ein Ver­dicker oder ein Gemisch von Verdickern angewendet. Aus der Reihe von geeigneten Verdickern sind z.B. wasserlösliche Poly­saccharide, Alkylcellulosen, wie Hydroxyalkylcellulose oder Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohole, Polyacrylsäure und deren Derivate, neutralisiert oder nicht neutralisiert, Natur­gummen und deren Derivate (z.B. Guar), Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenoxide, gegebenenfalls Mineralien, wie Tone, Mont­morillonit, modifizierter Montmorillonit, Bentonit und Füll­stoffe, wie Naturpech oder Naturasphalt zu nennen.
• Wie erwähnt, wird der Schmierstoff in Form einer wässrigen Dispersion angewendet. Die wässrige Dispersion des Schmier­stoffes kann auf das Werkzeug, das Tem­peraturen von 80 bis über 350°C aufweisen kann, aufgetragen werden. Bei der Berührung der heissen Oberfläche verdampft der wässrige Träger der Dispersion und es bildet sich ein Film des Schmierstoffes in gleichmässiger Schichtdicke. Der Film des Schmierstoffes ist in homogener wasserfester Form und wird auch von grossen Kühlmittelmengen, die über das Werkzeug fliessen, nicht mehr abgewaschen oder angequollen.
• Der erfindungsgemässe Schmierstoff eignet sich deshalb für die Schmierung von Werkzeug, z.B. Dorn, Dornstange oder Matrize, bei deren Einsatz zur Bearbeitung von Werkstücken, beispiels­weise Luppen oder Rohren, insbesondere bei der Warmverformung von Stahl und dem Walzen von Luppen zu nahtlosen Rohren in sogenannten MPM-Strassen , gegebenenfalls auch in Konti-Stras­sen, Stossbankanlagen, Stangenpressen oder Anstauchpressen.
• Die Forderungen, die an den vorliegenden Schmierstoff beim Einsatz in MPM-Strassen gestellt werden, können damit vollum­fänglich erfüllt werden. Bei der vorzugsweisen Anwendungs- und Verarbeitungstemperatur von 80 bis 350°C bildet sich der ange­strebte Film in einer Dicke von 10 bis 100 mµ aus. Der Film ist wasserfest, d.h. die nachfolgende Kühlung mit Wasser be­einflusst den Film in keiner Weise. Bei einer Dorntemperatur von 150 bis 250°C hat der Film gute mechanische Eigenschaften (z.B. eine Ritzhärte von 6,5 N mit dem Ritzhärteprüfung nach Sikkens). Die Temperaturbeständigkeit des Schmierstoffes ist bis zu 350°C ohne weiteres gewährleistet.
  Diese Werte konnten mit den bisher beschriebenen Schmierstof­fen gleichzeitig nicht erreicht werden, wie das auch aus den nachfolgend beschriebenen Vergleichsbeispielen ersichtlich ist.
Beispiel 1 nach DE-PS 24 50 716
• Formulierung: Feststoffgehalt 30 %, Wasser 70 %
  Feststoffe:
  74,3% Graphit
  23,2% SBR Latex
      (34% Styrol, berechnet auf Feststoffgehalt des Latexes)
  2,0% Alkylcellulose
  0,5% Natriumsilicat
  Viscosität: 3100 cps., pH = 9,2
  
Beispiel 2 nach EP-PS 0 164 637
• Formulierung: Feststoffgehalt 30 %, Wasser 70 %
  Feststoffe:
  54,0% Graphit
  11,0% Polyphosphat, unlöslich
  5,0% Borax
  10,0% Natriumsilicat
  18,0% Polystyrol
  2,0% Alkylcellulose
  Viskosität: 2000 cps., pH = 11,0
  
Beispiel 3 nach der Erfindung
• Formulierung: Feststoffgehalt 45 %, Wasser 55 %
  Feststoffe:
  74,2% Graphit
  24,3% SBR Latex carboxyliert
      (75% Styrol, berechnet auf Feststoffgehalt des Latexes)
  1,0% Ton
  0,5% Antioxidant
  Viscosität: 2800 cps., pH = 8
  
• Bei den Beispielen 1 - 3 wurden die Feststoffe und das Wasser als Träger zu Dispersionen verarbeitet und zu Prüfzwecken auf metallische Oberflächen, die den Dorn darstellen, versprüht. Die Messresultate sind aus der Tabelle I ersichtlich.

  

Claims (5)

1. Schmierstoff für die Verwendung bei der spanlosen Verfor­mung von Stahl bei hohen Temperaturen, enthaltend einen Festschmierstoff, einen Binder und ein Verdickungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß als Binder ein carboxylierter Styrol-Butadienlatex eingesetzt wird.

2. Schmierstoff nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der carboxylierte Styrol-Butadienlatex einen Styrol­gehalt von mehr als 50% Styrol, vorzugsweise 70 bis 80% Styrol, enthält.

3. Schmierstoff nach Patentansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder als wäßrige Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 60 Gew.-% zu den übrigen Komponenten des Schmierstoffes zugegeben wird.

4. Schmierstoff nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierstoff 60 bis 80 Gew.-% Festschmierstoff,vorzugsweise Graphit, 20 bis 50 Gew.-% des Binders nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bezogen auf seine Trockenmasse, und 0,2 bis 5,0 Gew.-% Verdickungsmit­tel enthält.

5. Verfahren zum Schmieren von Werkzeugen bei der spanlo­sen Verformung von Stahl bei hohen Temperaturen mittels ei­nes Schmierstoffes nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierstoff als homogene wäßrige Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 60 Gew.-% auf das heiße Werkzeug aufgetragen wird, wobei der wäßrige Träger der Dispersion verdampft und sich ein homogener wasserfester Schmierstoffilm mit hoher mecha­nischer Festigkeit ausbildet und dann die Kühlung des Werk­zeugs und anschließend die spanlose Verformung eingeleitet wird.