EP0745661B1 - Schmiermittelzusammensetzung für die Verhinderung der Aufkohlung bei der Herstellung von nahtlosen Rohren - Google Patents

Schmiermittelzusammensetzung für die Verhinderung der Aufkohlung bei der Herstellung von nahtlosen Rohren Download PDF

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EP0745661B1
EP0745661B1 EP96108502A EP96108502A EP0745661B1 EP 0745661 B1 EP0745661 B1 EP 0745661B1 EP 96108502 A EP96108502 A EP 96108502A EP 96108502 A EP96108502 A EP 96108502A EP 0745661 B1 EP0745661 B1 EP 0745661B1
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EP
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lubricant composition
weight
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graphite
smectite
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Jacques Dr. Périard
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Imerys Graphite and Carbon Switzerland SA
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Imerys Graphite and Carbon Switzerland SA
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M103/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being an inorganic material

Definitions

  • the invention relates to a new lubricant composition which is suitable for carburizing on the inner surface of the slugs, to prevent the manufacture of seamless tubes.
  • EP-A-554 822 describes a mandrel lubricant for the production of nocturnal pipes which consists of graphite, clay materials from the smectite class, a polysaccharide and optionally a surfactant.
  • the task was therefore to find a suitable lubricant, the carburizing effectively prevented.
  • Suitable graphites are very fine-particle synthetic graphites with an average grain size d 50 of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the upper grain limit is expediently 8 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the graphites used are preferably distinguished by a high purity of 99 99.9% and a crystallinity Lc 60 60 nm.
  • Z. B the finely divided KS types of TIMCAL AG in Bodio, Switzerland, in particular KS 6, KS 10 or KS 15 applied.
  • the clay minerals from the Smectite classes essentially consist of layered silicates and, due to their structure, are characterized by a high cation exchange capacity and good swellability in water. (Ullmanns Encyklopadie der techn. Chemie, 4th edition, VCH, Weinheim, Vol. 23, pp. 311ff.). From the smectite range, montmorillonites are preferably used, especially those which have a swelling capacity (1 g of montmorillonite with distilled water) of 10 to 50.
  • the primary particle size (with complete dispersion) is also important, so that a smectite with an average particle size d 50 of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m is expediently used.
  • a silica sol is understood to be a colloidal solution of SiO 2 particles with an average particle size d 50 of 6 nm to 30 nm in water.
  • the solids content of the sol mentioned is expediently between 30% by weight and 40% by weight,
  • the silica sol preferably has an Na 2 O content of 0.15% to 0.4% and a BET specific surface area of approximately 200 m 2 / g to 300 m 2 / g.
  • potassium aluminum silicate includes a layered or leaf silicate that occurs under the mineral name mica.
  • a mica of the muscovite type is suitably used.
  • the fine particle size is also important here, so that a mica with an average particle size d 50 of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m is expediently used.
  • the lubricant composition according to the invention can be application and customer-related in two basic formulations, either as a ready-to-use dispersion or as a powder that the customer himself disperses.
  • This lubricant composition is advantageously mixed with water in conventional dispersing devices, which enable high shear forces to form an aqueous dispersion with a solid content processed from 20% to 35%.
  • the viscosity of this dispersion (Rheomat 15, System B, 20 ° C, speed 5) in the range of 1000 MPaS to 4000 MPaS.
  • This lubricant composition is used in the form of an aqueous dispersion with a solids content of suitably 25% by weight to 35% by weight.
  • the dispersion can be produced using conventional dispersing devices which enable high shear forces.
  • the viscosity of these dispersions (Rheomat 15, System B, 20 ° C, Speed 5) between 1500 MPaS and 4000 MPaS.
  • the lubricant composition mentioned can be up to an amount of about 1% commercially available foam suppressing compound z.
  • the lubricant compositions according to the invention are used in the course of the rolling process applied to the mandrel with a suitable spray device for disperse systems, whereby the water evaporates and forms a lubricating film that forms during the rolling process transfers to the inside of the bowl and thus effectively suppresses carburization.
  • Viscosity measurements were made in a Rheomat 15, System B at 20 ° C and speed 5 performed.
  • the powder was then dispersed in water.
  • Formulations 1 to 5 and the comparison formulation were applied individually into a groove made on the surface of a metallic solid, with the dimensions 20 mm x 2 mm x 2 mm.
  • the treated solid was then dried in an argon atmosphere at 80 ° C. for 3 h, then heated to 1250 ° C. within 90 s, held at this temperature for 30 s and then allowed to cool.
  • a disk-shaped test specimen with a thickness of approx. 5 mm was sawn out of the solid, coated with an epoxy resin and developed with Nital 2% (methanolic nitric acid). The sample was then examined microscopically.

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Description

Die Erfindung betrifft eine neue Schmiermittelzusammensetzung, die geeignet ist, die Aufkohlung auf der Innenfläche der Luppen, bei der Herstellung von nahtlosen Rohren zu verhindern.
In modernen Rohrwalzwerken z. B. in Kontistrassen (MPM-Strassen) erfolgt die Formgebung der Nahtlosrohre im Hauptprozessschritt durch Walzen einer vorgefertigten 1200 °C bis 1300 °C heissen Luppe über einen Dorn, welcher auf einer Dornstange aufgesetzt ist. Unter dem Einfluss von Luftsauerstoff oder Schmiermitteln spielen sich auf der heissen Luppenoberfläche zahlreiche chemische Reaktionen ab. So entsteht z. B. mit Luftsauerstoff der bekannte Zunder (Fe-oxide) der, falls er nicht entfernt wird zur Beschädigung der Rohrwand führt.
In EP-A-554 822 ist ein Dornschmiermittel für die Herstellung von nachtlosen Rohre beschrieben welches aus Graphit, Tonmaterialen aus der Klasse der smectite, einem Polysaccharid und gegebenenfalls einem Tensid besteht.
Es hat sich nun gezeigt, dass bei Walzprozessen, wo eine Zunderbildung wirksam unterdrückt wird und wo die Luppen nicht in Berührung mit Luftsauerstoff kommt das Phänomen der Aufkohlung auftritt. In einem letztlich nicht geklärten Reaktionszusammenhang bilden sich dabei auf der heissen Stahloberfläche der Luppen eine Schicht von Eisencarbiden, die aufgrund ihrer Härte im Walzvorgang zu Beschädigungen (Riefen) an der Rohrinnenwand führen.
Die Aufgabe bestand folglich darin, ein geeignetes Schmiermittel zu finden, das die Aufkohlung wirksam verhindert.
Die Aufgabe konnte gelöst werden mit einer Schmiermittelzusammensetzung gemäss Patentanspruch 1.
Die erfindungsgemässe Schmiermittelzusammensetzung besteht aus:
  • a) 50 Gew.% bis 85 Gew.% Graphit
  • b) 2 Gew.% bis 12 Gew.% eines oder mehrerer Tonminerale aus der Klasse der Smectite
  • c1) 5 Gew.% bis 45 Gew.% eines Kieselsäuresols oder
  • c2) 25 Gew.% bis 45 Gew.% eines Kalium-aluminiumsilikates
    • Geeignete Graphite sind sehr feinteilige synthetische Graphite mit einer durchschnittlichen Korngrösse d50 von 1 µm bis 10 µm. Die Kornobergrenze liegt zweckmässig bei 8 µm bis 50 µm. Bevorzugt zeichnen sich die angewendeten Graphite durch eine hohe Reinheit von ≥99,9% und einer Kristallinität Lc ≥60 nm aus.
    Besonders bevorzugt werden z. B. die feinteiligen KS-Typen der TIMCAL AG in Bodio, Schweiz, insbesondere KS 6, KS 10 oder KS 15 angewendet.
    Die Tonminerale aus den Klassen der Smectite bestehen im wesentlichen aus Schichtsilikaten und zeichnen sich strukturbedingt durch ein hohes Kationenaustauschvermögen und durch eine gute Quellbarkeit im Wasser aus. (Ullmanns Encyklopädie der techn. Chemie, 4. Auflage, VCH, Weinheim, Bd. 23, S. 311ff.).
    Aus der Reihe der Smectite werden bevorzugt Montmorillonite eingesetzt, insbesondere solche, die ein Quellvermögen (1 g Montmorillonit mit dest. Wasser) von 10 bis 50 aufweisen. Wesentlich ist auch die Primärteilchengrösse (bei vollständiger Dispergierung), so dass zweckmässig ein Smectit mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 von 1 µm bis 10 µm verwendet wird.
    Unter einem Kieselsäuresol wird eine kolloidale Lösung von SiO2-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 von 6 nm bis 30 nm in Wasser verstanden. Der Feststoffgehalt des genannten Sols liegt zweckmässig zwischen 30 Gew.% bis 40 Gew.%.Bevorzugt hat das Kieselsäuresol einen Na2O-Gehalt von 0,15% bis 0,4% und eine spezifische Oberfläche nach BET von ca. 200 m2/g bis 300 m2/g.
    Die Bezeichnung Kalium-aluminiumsilikat umfasst ein unter dem Mineraliennamen Glimmer auftretendes Schicht- oder Blattsilikat. Zweckmässig findet ein Glimmer des Muskovit-Typs Anwendung.
    Wesentlich ist auch hier die Feinteiligkeit, so dass zweckmässig ein Glimmer mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 von 5 µm bis 10 µm verwendet wird.
    Die erfindungsgemässe Schmiermittelzusammensetzung kann anwendungs- und kundenbezogen in zwei grundsätzlichen Formulierungen, entweder als anwendungsbereite Dispersion oder als Pulver, das der Kunde selber dispergiert, bereitgestellt werden.
    Eine Schmiermittelzusammensetzung, die sich für eine anwendungsbereite Dispersion eignet, besteht zweckmässig aus:
  • 50 Gew.% bis 85 Gew.% Graphit
  • 2 Gew.% bis 5 Gew.% eine oder mehrere Tonminerale aus der Klasse der Smectite
  • 5 Gew.% bis 45 Gew.% eines Kieselsäuresols
    • Diese Schmiermittelzusammensetzung wird vorteilhaft mit Wasser in üblichen Dispergiergeräten, die hohe Scherkräfte ermöglichen, zu einer wässrigen Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 20% bis 35% verarbeitet.
    Idealerweise liegt die Viskosität dieser Dispersion (Rheomat 15, System B, 20 °C, Geschwindigkeit 5) im Bereich 1000 MPaS bis 4000 MPaS.
    Eine Schmiermittelzusammensetzung, die sich für ein Pulver eignet, das der Kunde selber dispergiert, besteht zweckmässig aus:
  • 50 Gew.% bis 75 Gew.% Graphit
  • 2 Gew.% bis 12 Gew.% eine oder mehrere Tonminerale aus der Klasse der Smectite
  • 20 Gew.% bis 45 Gew.% eines Kalium-aluminiumsilikates
    • Diese Schmiermittelzusammensetzung gelangt in Form einer wässrigen Dispersion mit einem Feststoffgehalt von zweckmässig 25 Gew.% bis 35 Gew.% zur Anwendung.
    Die Herstellung der Dispersion kann mit üblichen Dispergiergeräten, die hohe Scherkräfte ermöglichen, erfolgen.
    Idealerweise beträgt die Viskosität dieser Dispersionen (Rheomat 15, System B, 20 °C, Geschwindigkeit 5) zwischen 1500 MPaS und 4000 MPaS.
    Der genannten Schmiermittelzusammensetzung kann bis zu einer Menge von ca. 1% eine handelsübliche schaumunterdrückende Verbindung z. B. ein Polyalkylenglycol zugegeben werden.
    Die erfindungsgemässe Schmiermittelzusammensetzungen werden im Rahmen des Walzvorgangs mit einer geeigneten Sprühvorrichtung für disperse Systeme auf den Walzdorn aufgetragen, wobei das Wasser verdampft und sich ein Schmierfilm bildet, der sich beim Walzvorgang auf die Innerseite der Luppe überträgt und so eine Aufkohlung wirksam unterdrückt.
    Beispiele:
    Viskositätmessungen wurden in einem Rheomat 15, System B bei 20 °C und Geschwindigkeit 5 durchgeführt.
    Formulation 1 (Dispersion)
    82,11 Gew.% Graphit (Graphit KS 6, TIMCAL AG, CH-Bodio,Korngrösse d50 3,3 µm, Reinheit 99,9%, Lc ≥60 nm)
    12,46 Gew.% Kieselsäuresol (Levasil 300 / 30%, Bayer AG; Teilchengrösse d50 7 - 8 nm, Na2O-Gehalt 0,35%, spez. Oberfläche 300 m2/g)
    4,94 Gew.% Smectit (Bentone EW, Kronos Titan GmbH; Montmorillonit, Teilchengrösse d50 2,5 µm)
    0,49 Gew.% Schaumunterdrücker (Dehydran 1922, Henkel)
    Feststoffgehalt der Dispersion 30%
    Viskosität 1800 MPas
    Reibungskoeffizient bei 100 °C (Dorn) und 1050 °C (Luppe) = 0,079
    Formulation 2 (Dispersion)
    54,03 Gew.% Graphit (Graphit KS 6, TIMCAL AG, CH-Bodio)
    42,38 Gew.% Kieselsäuresol (Levasil 300 / 30%, Bayer AG)
    3,25 Gew.% Smectit (Bentone EW, Kronos Titan GmbH)
    0,34 Gew.% Schaumunterdrücker (Dehydran 1922, Henkel)
    Feststoffgehalt der Dispersion 28,3%
    Viskosität 2800 MPas
    Reibungskoeffizient bei 100 °C / 1050 °C = 0,091
    Formulation 3 (Dispersion)
    60,00 Gew.% Graphit (Graphit KS 6, TIMCAL AG, CH-Bodio)
    36,00 Gew.% Kieselsäuresol (Levasil 300 / 30%, Bayer AG)
    3,65 Gew.% Smectit (Bentone EW, Kronos Titan GmbH)
    0,35 Gew.% Schaumunterdrücker (Dehydran 1922, Henkel)
    Feststoffgehalt der Dispersion 31,2%
    Viskosität 3400 MPas
    Reibungskoeffizient bei 100 °C / 1050 °C = 0,093
    Formulation 4 (Pulver)
    51,90 Gew.% Graphit (Graphit KS 6, TIMCAL AG, CH-Bodio)
    39,70 Gew.% Kalium-aluminiumsilikat (Mica G, Aspanger; Teilchengrösse d50 7 µm)
    8,00 Gew.% Smectit (Bentonit MB 300S, Fordamin, Teilchengrösse d50 6,5 µm)
    0,40 Gew.% Schaumunterdrücker (Dehydran 1922, Henkel)
    Das Pulver wurde anschliessend in Wasser dispergiert.
    Feststoffgehalt der Dispersion 30%
    Viskosität 3900 MPas
    Reibungskoeffizient bei 100 °C / 1050 °C = 0,089
    Formulation 5 (Pulver)
    67,60 Gew.% Graphit (Graphit KS 6, TIMCAL AG, CH-Bodio)
    20,00 Gew.% Kalium-aluminiumsilikat (Mica G, Aspanger)
    12,00 Gew.% Smectit (Bentonit MB 300S, Fordamin)
    0,40 Gew.% Schaumunterdrücker (Dehydran 1922, Henkel)
    Feststoffgehalt der Dispersion 25%
    Viskosität 1500 MPas
    Reibungskoeffizient bei 100°C/1050°C = 0,085
    Vergleichsformulation (gemäss DE-PS 24 50 716)
    20 Gew.% Graphit
    9,5 Gew.% Vinylacetat-Mischpolymerisat
    1 Gew.% Polysaccharid
    69,5 Gew.% Wasser
    Feststoffgehalt der Dispersion 30%
    Viskosität 1500 - 3000 MPas
    Reibungskoeffizient bei 100 °C / 1050 °C = 0,09
    Test
    In eine auf der Oberfläche eines metallischen Festkörpers eingebrachte Nute, mit den Massen 20 mm x 2 mm x 2 mm, wurden einzeln die Formulationen 1 bis 5, sowie die Vergleichsformulation appliziert. In Argonatmosphäre wurde darauf der behandelte Festkörper während 3 h bei 80 °C getrocknet, dann innerhalb 90 s auf 1250 °C erhitzt, während 30 s bei dieser Temperatur gehalten und darauf abkühlen gelassen. Ein scheibenförmiger Probekörper mit einer Dicke von ca. 5 mm wurde aus dem Festkörper herausgesägt, mit einem Epoxyharz umhüllt und mit Nital 2% (methanolische Salpetersäure) entwickelt.
    Die Probe wurde darauf mikroskopisch untersucht.
    Ergebnisse:
    Formulation Aufkohlung mm
    1 0
    2 0
    3 0
    4 0
    5 0
    Vergleich 0,5 - 0,8

    Claims (11)

    1. Schmiermittelzusammensetzung für die Verhinderung der Aufkohlung bei der Herstellung von nahtlosen Rohren bestehend aus:
      a) 50 Gew.% bis 85 Gew.% Graphit
      b) 2 Gew.% bis 12 Gew.% eines oder mehrerer Tonminerale aus der Klasse der Smectite
      c1) 5 Gew.% bis 45 Gew.% eines Kieselsäuresols oder
      c2) 25 Gew.% bis 45 Gew.% eines Kalium-aluminiumsilikates
    2. Schmiermittelzusammensetzung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Graphit ein synthetischer Graphit mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 1 µm bis 10 µm verwendet wird.
    3. Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Tonmineral aus der Klasse der Smectite ein Montmorillonit mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse d50 von 1 µm bis 10 µm eingesetzt wird.
    4. Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kieselsäuresol ein wässriges Sol einer kolloidalen Kieselsäure mit einem durchschnittlichen Durchmesser der SiO2-Teilchen von 6 nm bis 30 nm verwendet wird.
    5. Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Kalium-aluminiumsilikat ein Mineral aus der Klasse der Glimmer mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 5 µm bis 10 µm verwendet wird.
    6. Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bestehend aus:
      50 Gew.% bis 85 Gew.% Graphit
      2 Gew.% bis 5 Gew.% eines oder mehrerer Tonminerale aus der Klasse der Smectite
      5 Gew.% bis 45 Gew.% eines Kieselsäuresols
    7. Schmiermittelzusammensetzung nach Patentanspruch 6 in Form einer wässrigen Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 20 Gew.% bis 35 Gew.%.
    8. Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 und 5 bestehend aus:
      50 Gew.% bis 75 Gew.% Graphit
      2 Gew.% bis 12 Gew.% eines oder mehrerer Tonminerale aus der Klasse der Smectite
      20 Gew.% bis 45 Gew.% eines Kalium-aluminiumsilikates
    9. Schmiermittelzusammensetzung nach Patentanspruch 8 in Form einer wässrigen Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 25 Gew.% bis 35 Gew.%.
    10. Verfahren zur Verhinderung der Aufkohlung bei der Herstellung von nahtlosen Rohren, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzdorn vor dem Walzvorgang mit einer Schmiermittelzusammensetzung, gemäss Patentansprüchen 1 bis 9, behandelt wird.
    11. Verwendung der Schmiermittelzusammensetzung gemäss Patentansprüchen 1 bis 9 als Dornschmiermittel zu Verhinderung der Aufkohlung bei der Herstellung von nahtlosen Rohren.
    EP96108502A 1995-05-30 1996-05-29 Schmiermittelzusammensetzung für die Verhinderung der Aufkohlung bei der Herstellung von nahtlosen Rohren Expired - Lifetime EP0745661B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    CH1581/95 1995-05-30
    CH158195 1995-05-30
    CH158195 1995-05-30

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0745661A1 EP0745661A1 (de) 1996-12-04
    EP0745661B1 true EP0745661B1 (de) 1999-07-28

    Family

    ID=4213767

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP96108502A Expired - Lifetime EP0745661B1 (de) 1995-05-30 1996-05-29 Schmiermittelzusammensetzung für die Verhinderung der Aufkohlung bei der Herstellung von nahtlosen Rohren

    Country Status (9)

    Country Link
    US (1) US5661116A (de)
    EP (1) EP0745661B1 (de)
    JP (1) JPH08325584A (de)
    CN (1) CN1063478C (de)
    AR (1) AR002138A1 (de)
    AT (1) ATE182613T1 (de)
    BR (1) BR9602501A (de)
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