ES2288563T3 - Uso de fosfato alcalino en un lubricante de alta temperatura. - Google Patents

Abstract

REIVINDICACIONES 1.- Uso de fosfato alcalino en un agente de lubricación para altas temperaturas, para la lubricación de dos objetos metálicos calientes en un contacto mutuo de superficies, que llevan a cabo un movimiento relativo el uno con respecto al otro, en especial de objetos de acero, caracterizado porque el agente de lubricación, referido a su contenido en sólidos, consiste en por lo menos 80 % en peso de por menos un ortofosfato alcalino, teniendo el agente de lubricación una temperatura de derretimiento que se encuentra por arriba de la temperatura de trabajo máxima de los objetos metálicos calientes, pero sin embargo como mínimo superior a 600ºC.

Description

Uso de fosfato alcalino en un lubricante de alta temperatura.

La invención se refiere a la utilización de fosfato alcalino en un agente de lubricación para altas temperaturas, para la lubricación de dos objetos metálicos calientes cuyas respectivas superficies se hallan en un contacto mutuo, y que llevan a cabo un movimiento relativo entre sí.

En por ejemplo la producción de tubos sin costura, de acero o de metal no ferroso, es importante lubricar intensivamente las herramientas, en especial las barras de mandril, para que tengan vidas útiles lo más prolongadas posibles Las superficies de las barras de mandril deberían ser uniformes y lisas, a efectos de asegurar un flujo uniforme del material del metal sometido a elaboración.

La calidad de las superficies interiores de los tubos depende del estado o condición de la superficie de las barras de mandril. Si la superficie interior de los tubos es rugosa u ondulada, o hasta presenta deterioros o imperfecciones que han de atribuirse a la calidad de los mandriles, se obtiene un elevado índice de rechazos. Por ello, en el pasado ya se ha intentado prolongar las vidas útiles de las barras de mandril mediante la aplicación de agentes de lubricación sobre ellas.

Los materiales lubricantes orgánicos empleados en la conformación de metales en caliente, como grasas, aceites o jabones, han demostrado ser inadecuados a elevadas temperaturas. Por ello, para mejorar las propiedades lubricantes se ha utilizado, por ejemplo en los documentos DE-PS 4 300 464 ó EP-PS 0 554 822, el grafito como componente esencial del agente de lubricación. En especial, en asociación con sales inorgánicas, como por ejemplo boratos o fosfatos, el grafito presenta buenas propiedades de separación y de lubricación. Sin embargo, la desventaja del grafito es su propensión a elevadas temperaturas de contribuir a carburaciones en las superficies de las piezas de trabajo, en este caso las superficies de los tubos. También pueden presentarse soldaduras puntuales indeseables entre la herramienta y la pieza de trabajo. La consecuencia de ambos efectos es un mayor desgaste de la herramienta y un elevado índice de piezas de trabajo rechazadas.

Con el objeto de evitar el efecto negativo del grafito, ya se han empleado mezclas de sales a título de agentes de lubricación para altas temperaturas, que se derriten a las temperaturas de trabajo bajo las cuales se emplean como agentes de lubricación, y que en estado líquido aseguran buenas propiedades de lubricación. Del documento EP-OS 0 829 528 se conocen mezclas de sales de este tipo, que para una mejora contienen adicionalmente un material aditivo formador de gas. De acuerdo con la columna 3, líneas 41 a 48 de dicho documento, una de las ventajas de este agente de lubricación es que empieza a derretirse ya a una temperatura de 200 a 250ºC, y que a partir de de los 500ºC se encuentra presente como masa derretida transparente. Con ello deberían estar garantizadas buenas propiedades de lubricación ya a bajas temperaturas.

El documento JP-A-10168469 también describe mezclas de sales que a las temperaturas de trabajo a las cuales se las aplica, se encuentran presentes en estado derretido. Los agentes de lubricación descritos en este caso contienen 75-95% en peso de hidrógeno fosfato disódico y/o de fosfato de potasio, así como 5-25% en peso de cloruro de sodio. En este caso se añade el cloruro de sodio para disminuir el punto de derretimiento. Los agentes de lubricación descritos en dicho documento contienen además, a título opcional, 10-50% de grafito.

El documento GA-A-350275 describe un procedimiento para el tratamiento de alambres que han de ser trefilados en estado frío, en el que el material a trefilar se trata inicialmente en un baño ácido, seguidamente se lo neutraliza con una solución de fosfato trisódico, y se lo trefila en frío, utilizándose aceite mineral como agente de lubricación.

Con tales agentes de lubricación, que a temperaturas de trabajo se encuentran presentes como masas derretidas, sobre la herramienta se fijan por adherencia las escamas de óxido formadas y las denominadas escamas secundarias, por lo que las superficies de la herramienta, como la barra de mandril, adquieren una rugosidad correspondiente. Como se mencionó arriba, esto origina a su vez que las superficies interiores de los tubos se vuelvan rugosas. Al mismo tiempo se altera el comportamiento del flujo del material metálico sobre la barra de mandril, lo que se comprueba en la medición del consumo de energía eléctrica entre los calibres individuales del laminador.

Por ello, el objetivo que sirve de base para la invención consiste en lograr un procedimiento con un agente de lubricación para altas temperaturas, al que no sea necesario adicionar grafito y que reduzca los índices de rechazo en comparación con la utilización de un agente de lubricación conocido. En especial, mediante la ayuda del nuevo agente de lubricación deberían prolongarse las vidas útiles de las barras de mandril utilizadas en la producción de los tubos metálicos, y aumentarse la calidad de las superficies interiores de los tubos.

Este objetivo se logra conforme a la invención mediante la utilización de fosfato alcalino en agentes de lubricación para altas temperaturas destinados a la lubricación de dos objetos metálicos calientes cuyas superficies respectivas se hallen en un contacto mutuo, y que llevan a cabo un movimiento relativo entre sí, consistiendo el agente de lubricación en por lo menos 80% en peso, referido a su contenido de sólidos, de por lo menos un ortofosfato alcalino, además de presentar una temperatura de derretimiento superior a la máxima temperatura de trabajo de los objetos metálicos calientes, pero sin embargo superior a por lo menos 600ºC.

Por cierto, se conoce la adición de fosfato alcalino a los materiales lubricantes libres de grafito, para barras de mandril, pero en tales agentes de lubricación los fosfatos alcalinos representan solamente un porcentaje relativamente reducido y se los reemplaza con otras sales, de modo que a las temperaturas de trabajo el agente de lubricación se encuentre en un estado derretido, es decir, líquido.

La utilización conforme a la invención de fosfato alcalino en un agente de lubricación para altas temperaturas puede aplicarse en todos aquellos casos en que dos objetos metálicos a elevadas temperaturas cuyas respectivas superficies se hallan en un contacto mutuo ejecutan un movimiento relativo entre sí. Se trata por ejemplo de cojinetes de deslizamiento, en los que pueden presentarse temperaturas altas. Sin embargo, los agentes de lubricación conformes a la invención se aplican preferentemente en aquellos casos en que los objetos metálicos en un contacto mutuo de superficies son por una parte una herramienta y por otra parte una pieza de trabajo. Los agentes de lubricación son especialmente adecuados para la lubricación de barras de mandril durante la producción de tubos metálicos sin costura.

En principio, el concepto inventivo es adecuado para la lubricación de objetos metálicos cualesquiera, pero es especialmente adecuado para la elaboración de objetos de acero, en especial, como mencionado arriba, para la producción de tubos de acero sin costura, en la que las barras de mandril se lubrican con el agente de lubricación conforme a la invención. Sin embargo, esto no debe excluir la aplicación del agente de lubricación conforme a la invención, por ejemplo para la producción de tubos de metales no ferrosos, de aluminio o similares

En este caso, cuando se habla de máximas temperaturas de trabajo, se trata de la temperatura más elevada que se presenta en las superficies de contacto lubricadas, ya que la misma, si la temperatura de derretimiento del agente de lubricación es inferior a ella, podría originar el derretimiento del agente de lubricación, lo que debe evitarse. Por lo general, durante la elaboración de piezas de trabajo con una herramienta, la pieza de trabajo tendrá la temperatura más elevada y la herramienta la temperatura menos elevada, como en el caso de la utilización de barras de mandril en la producción de tubos metálicos. En este caso, la máxima temperatura de trabajo por arriba de la cual ha de estar situada la temperatura de derretimiento del agente de lubricación, es la temperatura del objeto metálico más caliente, es decir, de la pieza de trabajo.

En el caso de la utilización conforme a la invención, es conveniente que el agente de lubricación para altas temperaturas se encuentre presente en forma de una solución acuosa. La misma se rocía por ejemplo sobre Ia5 barras de mandril durante la producción de los tubos, o se la aplica de otra manera, y después de la evaporación del agua forma una delgada película de separación y de lubricación, que en su utilización es especialmente resistente contra la abrasión. Dado que debido a su elevada temperatura de derretimiento el agente de lubricación no se derrite durante su utilización, se impide que a causa del agente de lubricación la cascarilla de óxido se fije sobre la superficie de la barra de mandril o sobre otras superficies de la herramienta. Después del secado, el agente de lubricación se encuentra presente en forma de partículas muy finas que rellenan la totalidad de las rugosidades superficiales de las superficies de la herramienta, y que por ello alisan las mismas, lo que se transfiere a las superficies de las piezas de trabajo. La película separadora formada también favorece el flujo del material del metal en proceso de conformación sobre la superficie de la herramienta, por lo que tiene la propiedad de una excelente película lubricante.

La utilización conforme a la invención de fosfato alcalino en un agente de lubricación para altas temperaturas es especialmente adecuada en el procedimiento de laminación de tipo Assel con la tecnología de la. "barra de mandril libre" y en el procedimiento del banco de empuje. También en la laminación continua, por ejemplo de acuerdo con el principio de "semiflotación", se logran manifiestas ventajas en cuanto a la calidad superficial, la vida útil de los mandriles y los esfuerzos entre los bastidores del laminador.

En el caso de la utilización conforme a la invención, mediante los agentes de lubricación es posible preparar fácilmente soluciones transparentes, muy concentradas, que pueden aplicarse sobre los mandriles mediante bombas sin aire y toberas. La pulverización también puede efectuarse mediante aire, mediante las denominadas toberas dobles, o mediante medios similares. Por supuesto, también es posible aplicar el material de lubricación en forma de un polvo.

En el caso de la utilización conforme a la invención, es conveniente que la temperatura de derretimiento del agente de lubricación se encuentre por lo menos 10ºC por arriba de la máxima temperatura de trabajo, definida en lo que precede.

Para su utilización el agente de lubricación debería consistir en gran parte de uno o más ortofosfatos alcalinos; es conveniente que el contenido en ortofosfato alcalino sea de por lo menos 95% en peso. Si se utilizan varios ortofosfatos alcalinos, debe prestarse atención a que también en las mezclas de este tipo la temperatura de derretimiento sea superior a la máxima temperatura de trabajo.

El agente de lubricación puede consistir en hasta un máximo de 20% en peso de otros materiales, preferentemente hasta un máximo de 5% en peso, pudiéndose eventualmente incluir en estos porcentajes pequeñas cantidades de grafito, lo que sin embargo por lo general no es preferible.

Los ortofosfatos alcalinos de uso conveniente son ortofosfato trisódico con una temperatura de derretimiento de 1583ºC, ortofosfato tripotásico con una temperatura de derretimiento de 1340ºC y ortofosfato de trilitio con una temperatura de derretimiento de 857ºC. Se prefieren ortofosfato trisódico y ortofosfato tripotásico, en especial este último. Con la condición de que la temperatura de derretimiento del agente de lubricación se mantenga suficientemente alta, es también posible adicionar otros fosfatos en pequeñas cantidades.

Se ha comprobado que mediante la adición de pequeñas cantidades de aluminato alcalino y/o de cincato alcalino se mejora la fineza de las partículas del agente de lubricación y con ello la adherencia del agente de lubricación sobre la superficie del metal. Por ello se prefiere añadir en cada caso al agente de lubricación un aluminato alcalino y/o por lo menos un cincato alcalino, en una cantidad de a lo sumo 5% en peso, preferentemente de 0,2 a 3% en peso. Como se mencionó, las partículas superfinas del agente de lubricación se asientan en todas las cavidades de la superficie, y forman con ello un sellado, por lo que la cascarilla de óxido no puede asentarse en estas cavidades. En este caso, la acción de lubricación también puede explicarse como un alisado.

En el caso de la utilización conforme a la invención, la temperatura de derretimiento efectiva del agente de lubricación depende de la máxima temperatura de trabajo durante la utilización del agente de lubricación y con ello del estado o condición de los objetos metálicos calientes cuyas superficies se encuentran en un contacto mutuo. Por lo tanto, la temperatura de derretimiento del agente de lubricación puede ser relativamente baja, cuando se lo utiliza para producir tubos de material no ferroso o de aluminio, ya que para estos materiales de trabajo metálicos se emplean temperaturas de trabajo comparativamente bajas. En el caso de la elaboración de aceros es necesario emplear un agente de lubricación con temperaturas de derretimiento considerablemente superiores, dependiendo éstas a su vez de si se emplean aceros de cromo-níquel con temperaturas de trabajo de aproximadamente 1050 a 1100ºC, o aceros con temperaturas de trabajo superiores. Es conveniente que la temperatura de derretimiento en la lubricación de herramientas para piezas de trabajo de acero, como por ejemplo durante la lubricación de barras de mandril para la producción de tubos de acero, sea superior a 1100ºC, preferentemente superior a 1200ºC. En el caso de la lubricación de herramientas para la elaboración de metales no ferrosos, pueden las temperaturas de derretimiento ser por ejemplo de 600 ó 650ºC.

Es conveniente preparar agentes de lubricación con diversas temperaturas de derretimiento, teniéndose en cuenta las enseñanzas técnicas conforme a la invención, lo que puede efectuarse de manera sencilla variando los componentes de las mezclas y las cantidades del mezclado. Será entonces fácil seleccionar para cada proceso de trabajo el agente de lubricación adecuado, cuya temperatura de derretimiento sea conocida.

Los siguientes ejemplos tienen por objeto ampliar la explicación de la invención.

Ejemplo 1

En una instalación de laminación de tipo Assel con barra de mandril libre se llenó un tanque con una solución acuosa al 10% de una mezcla de 99% en peso de ortofosfato tripotásico y 1% en peso de cincato de sodio (en cada caso referido al contenido de sólidos en el agente de lubricación), la cual solución sirve para refrigerar la barra después de terminado el proceso de laminación. La temperatura del baño y de la barra de mandril fue de 80 a 90ºC. Después del secado de la barra de Assel se revistió la misma con una película blanca de agente de lubricación. Mediante la instalación de laminación de tipo Assel se laminaron aceros de aleación baja a media.

Las vidas útiles de los mandriles Assel pudieron incrementarse en 25% con respecto a las de los mandriles Assel lubricados con material de lubricación conocido. Las mediciones de las cavidades de rugosidad de la superficie interior de los tubos terminados, que se aplicaron para cojinetes antifricción dieron como resultado una reducción de 22 \mum a 10 \mum.

Ejemplo 2

En una instalación de banco de empuje para tubos se trataron los mandriles con un diámetro de 130 mm, para lo cual se los roció con una solución de agente de lubricación al 20%, consistente en 98% en peso de ortofosfato tripotásico y 2% en peso de aluminato de sodio (ambos referidos al contenido en sólidos del agente de lubricación). En este caso los mandriles tenían una temperatura de 450ºC. Se originó una capa blanca cohesiva de material lubricante. Se laminaron aceros de aleación media a alta. La fuerza de empuje entre los bastidores de laminación se redujo en un 35% en comparación con los agentes de lubricación convencionales. La durabilidad de los mandriles aumentó en un 20%. La superficie interior de los tubos era manifiestamente más lisa que en el caso de la utilización de los materiales lubricantes conocidos. La verificación de la calidad dio como resultado una reducción del índice de rechazos, de 4% a menos
de 1%.

Claims (8)

1. Uso de fosfato alcalino en un agente de lubricación para altas temperaturas, para la lubricación de dos objetos metálicos calientes en un contacto mutuo de superficies, que llevan a cabo un movimiento relativo el uno con respecto al otro, en especial de objetos de acero, caracterizado porque el agente de lubricación, referido a su contenido en sólidos, consiste en por lo menos 80% en peso de por menos un ortofosfato alcalino, teniendo el agente de lubricación una temperatura de derretimiento que se encuentra por arriba de la temperatura de trabajo máxima de los objetos metálicos calientes, pero sin embargo como mínimo superior a 600ºC.

2. Uso conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque el agente de lubricación tiene una temperatura de derretimiento por lo menos 10ºC superior a la temperatura de trabajo máxima.

3. Uso conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el agente de lubricación consiste en por lo menos 95% en peso de por lo menos un ortofosfato alcalino.

4. Uso conforme a la reivindicación 1 a 3, caracterizado porque el agente de lubricación tiene una temperatura de derretimiento superior a 1100ºC, preferentemente superior a 1200ºC.

5. Uso conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el agente de lubricación contiene como ortofosfato alcalino por lo menos un fosfato trialcalino, preferentemente ortofosfato trisódico, tripotásico o de trilitio, en especial, ortofosfato tripotásico.

6. Uso conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el agente de lubricación contiene adicionalmente en cada caso por lo menos un aluminato alcalino y/o por lo menos un cincato alcalino, en una cantidad de a lo sumo 5% en peso, preferentemente en una cantidad de 0,2 a 3% en peso.

7. Uso conforme a una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el agente de lubricación se encuentra presente en una solución acuosa para su aplicación.

8. Uso conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7, para la lubricación de barras de mandril durante la producción de tubos metálicos sin costura.