JP2004168844A

JP2004168844A - 水性冷間圧延油組成物

Info

Publication number: JP2004168844A
Application number: JP2002334534A
Authority: JP
Inventors: Akinori Hiraiwa; 亮紀平岩; Kyohei Hori; 恭平堀; Akira Kusumoto; 晃楠本
Original assignee: Daido Chemical Industry Co Ltd; Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Chemical Industry Co Ltd; Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】高圧下圧延潤滑性および易洗浄性を具備するスケール付熱間圧延鋼板用水性圧延油組成物を開発すること
【解決手段】鉱物油、動植物油脂及び合成エステルから選ばれる１種又は２種以上の基油に、脂肪酸エステル、リン系又は硫黄系極圧添加剤および界面活性剤を含有せしめること
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸洗に先立って、表面に酸化物を主体とするスケールが付着している熱間圧延鋼板を、高圧下圧延（以下黒皮圧延という）する際、使用する水性冷間圧延油組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延された鋼板は、最上層表面から酸化深度の高い順に、Ｆｅ_３Ｏ_４，Ｆｅ_２Ｏ_３，ＦｅＯの層から成るスケールで表面が覆われ、この熱延鋼板を酸洗を経ずして冷間圧延すると、熱延スケールに起因するロール磨耗、表面疵、クラックなどの欠陥が発生する。
このため、通常は酸洗によって熱延スケールを除去し、次いで冷間圧延されるのが一般的であるが、この酸洗は、塩酸などの酸により熱延スケールを除去する工程であるが、その設備建設、廃酸処理に膨大なコストを必要とし、また酸洗能力の調整、酸洗時に発生する水素の鋼材組織侵入によって、鋼材特性の劣化、更には酸洗能力の制限から酸洗速度に自ずと限界が生じ、生産能力の制限となる。
【０００３】
熱延スケール付熱延鋼帯を冷間圧延する場合、圧延中にスケールが破砕微細化し、板表面より剥離し、圧延油中に混入し、圧延油は循環使用されることが多いことから、圧延ロールや圧延機内を汚染する。
熱延スケールは、地鉄（Ｆｅ）よりも摩擦係数が大きく、酸洗脱スケールした後圧延する場合より圧延荷重が高く、さらにスケールの硬度が地鉄より高いため、圧延ロールの磨耗量が著しく増加する。一方熱延スケールの最上層のＦｅ_３Ｏ_４，Ｆｅ_２Ｏ_３層は、硬く、脆く、比較的低い圧下力でもクラックが入り易いが、地鉄との界面にあるＦｅＯ層は展延性があり、低い圧下力では地鉄の伸びに従って変形し、クラックが入り難い。このような理由で高圧下即ち高圧下圧延する必要性がある。
【０００４】
熱延スケール付熱延鋼帯の冷間圧延に関しては、すでに特開昭５２−２１２４５号、特開昭５２−２１２４６号（特公昭５７−４３３２２号）、特開昭５６−７７０１３号（特公昭５９−２８９号）、特開昭５６−８６６２１号、特開昭５６−１５１１０１号等に各種手段が提案されているが、圧延潤滑性はともかく、圧延後の脱スケールによる鋼帯表面の汚染、並びに脱スケール残渣や圧延に使用した圧延油油分の次工程である酸洗槽への流入は甚大であり、酸洗負荷軽減の寄与度は大きくなく、いずれの手段も実用化には至っていないの現状である。
【０００５】
本発明者らは、上記実情に鑑み、酸洗に先立ち熱延スケール付熱延鋼帯を、圧下率１０〜７０％、好ましくは３０〜５０％の高圧下冷間圧延を施し、熱延鋼帯の表面を覆っているスケールにクラックを生じさせ、酸洗を軽減することを目的とし、先に特開平９− １６４４１７号として提案している。この先願では、使用する高圧下冷間圧延油組成物は、油脂、合成エステル、鉱油またはその混合油を主成分とする水溶性圧延油を提案しているが、圧延潤滑性や易洗浄除去性に若干問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
熱延鋼帯は、鋼種にもよるが、通常６〜１５ミクロンの酸化物を主体とするスケールに覆われており、最上表面層は酸化深度の大きいＦｅ_３Ｏ_４層である。該スケール層は硬質で脆く、このようなスケール付熱延鋼帯の塑性変形抵抗はスケール無し熱延鋼帯に比べ格段に大きく、一方熱延鋼帯表面の酸化スケールを易酸洗性にするためには高圧下圧延する必要がある。
【０００７】
また、鋼帯から剥離したスケールも大量に発生し、次工程である酸洗槽に剥離したスケールや圧延油油分が多量流入して、著しく酸洗効率を低下させ、生産不能となる。そこで高圧下冷間圧延と酸洗工程の間に、ブラシ洗浄工程などの洗浄工程が必須となるが、高圧下冷間圧延油組成物には、圧延潤滑性と洗浄工程において容易に洗浄され易い性能を具備する事が不可欠である。
【０００８】
本発明者らは、先に提案した特開平９−１６４４１７号に使用した水溶性圧延油の圧延潤滑性および易洗浄性の改善、即ち熱延スケール付熱延鋼帯の冷間圧延は、脱スケールを容易にする為、圧下率を３０％以上にする必要があり、またスケールは地鉄鋼帯より硬度が高い為、摩擦係数が大である。このような状況から、高圧下圧延潤滑性および易洗浄性を具備する水性圧延油組成物の提供を目的とした。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
鉱物油、動植物油脂又は合成エステルから選ばれる１種又は２種以上の基油に、脂肪酸エステル、リン系又は硫黄系極圧添加剤、および界面活性剤を含有する水性圧延油が、本発明の課題である高圧下圧延潤滑性及び圧延後の易洗浄性を解決しうることが本発明者の研究により判明し、ここに本発明を完成した。
【００１０】
鉱物油、動植物油脂又は合成エステル類から選ばれる１種又は２種以上の基油は、動粘度が、５０ｍｍ^２／ｓ（５０℃）以下で流動点が１０℃以下のものが好ましい。高潤滑をより重視して、高粘度且つ高流動点ものを使用すると、ハウジング内に圧延スケール粉が多量に堆積し、ボタ落ち等による圧延鋼帯表面の汚れから易洗浄性が低下する。また粘性が高い付着油は洗浄され難い。
【００１１】
合成エステルは、炭素数１２〜１８の脂肪族カルボン酸の炭素数８〜１８の脂肪族アルコールエステル、トリメチロールプロパンとダイマー酸のオレイン酸縮合エステル、ジペンタエリスリトールイソステアリン酸ヘキサエステル、重合ひまし油脂肪酸のアルキル（炭素数３〜１６）アルコールエステル等の１種又は２種以上が好ましく使用出来る。
【００１２】
硫黄系極圧添加剤は、例えばアルキル（炭素数６〜１８）ポリ（ｎ＝２〜６）サルファイド、硫化ラード、硫化魚油、炭素数１２〜１８の硫化脂肪酸（炭素数１〜８）エステル等の硫化オレフィン、硫化油脂、硫化エステルのそれぞれ活性型又は不活性型のものが具体的に挙げられ、上記基油に対し、５〜３５重量％添加すると、スケール付圧延鋼帯を高圧下圧延する場合、表面疵の発生を顕著に抑制する。
【００１３】
これは、硫黄化合物からロール・板間で脱離したＳ^２イオンが酸化スケール表面のＦｅ_３Ｏ_４に移動し、硫化鉄を形成し、せん断応力を低下させると考えられる。リン系極圧添加剤、（ＰＯ_４ ^３−）及び脂肪酸（ＲＣＯＯ⁻）は同様な効果はあるが、硫黄化合物の効果に比し小さい。この加工の場合、Ｏ原子が少ない地鉄（Ｆｅ）に対しより効果を発揮すると考えられる。
【００１４】
使用できるリン系極圧添加剤は、アルキル（炭素数が１０〜１８）アシッドフォスフェート、アルキル（炭素数が１０〜１８）アシッドチオフォスフェート、アルキル（炭素数が１０〜１８）ハイドロジェンフォスファイトが具体的に例示できる。
【００１５】
本発明に於いて、油性向上剤として脂肪酸を使用することも出来る。この際の使用できる脂肪酸は、炭素数が１０〜２２の脂肪族或いは脂環族カルボン酸が挙げられ、具体的には、ラウリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、或いはオレイン酸などの二量体又は三量体などの飽和、不飽和モノまたはジカルボン酸が例示できる。
【００１６】
界面活性剤は、ノニオン系、アニオン系、カチオン系、両性界面活性剤が使用出来るが、好ましくは、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤であり、特にカチオン界面活性剤である。具体的には、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物などのノニオン界面活性剤、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂肪酸アミドエチレンオキサイド付加物、Ｎ，Ｎ，ジメチルエチルアミノポリビニルアルコール共重合体などの高分子分散剤（特公平６−５７８３２に記載のもの）などのカチオン系界面活性剤が好適に使用できる。
【００１７】
これらカチオン系界面活性剤の１種とノニオン系界面活性剤の数種を併用するのが実用的である。界面活性剤の作用機構は、ノニオン系界面活性剤により、Ｏ／Ｗ型エマルジョンの乳化を安定させ、カチオン系界面活性剤によって圧延中に発生鋼帯表面から剥離した多量のスケール鉄粉を、水性圧延油剤を水に希釈エマルジョン化したクーラント液内に分散安定化し、分散されたスケール鉄粉はマグネットセパレーターなどの除去装置により取り除かれ、圧延機ハウジング内への鉄粉堆積を抑制する。
【００１８】
このような作用によって、堆積物が圧延鋼帯へ落下（ボタ落ちという）が激減し、鋼帯表面上の圧延油分や鉄粉混合物が洗浄され易く、結果的に鋼帯表面の表面清浄性が向上するのである。
【００１９】
本発明のスケール付熱間圧延鋼板用水性冷間圧延油組成物の基油成分である鉱物油としては、パラフィン系鉱物油、例えばニュートラル油，スピンドル油，マシン油等が挙げられるが、鉱物油の粘度は、易洗浄性を考慮すると５０ｍｍ^２／ｓ（５０℃）以下が好ましい。
油脂としては、牛脂，豚油，鯨油，魚油，ナタネ油，ヤシ油，パーム油，パームオレイン等の動植物油脂が挙げられるが、スケール粉の堆積を抑制するため、融点は１０℃以下が好ましい。
【００２０】
合成エステルは、炭素数１０〜２２の脂肪酸と炭素数１〜２２の脂肪族１価アルコール、エチレングリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、グリセリン等のモノ〜テトラエステルであり、好ましくは、融点が１０℃以下、粘度が１００ｍｍ^２／ｓ（５０℃）以下のである。
本発明の基油はこれ等成分を単独で或いは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２１】
硫黄系添加剤としては、例えば硫化ラード，硫化抹香油，硫化牛脂等の硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸、硫化鉱油、硫化オレフィン、ジベンジルポリサルファイド、ジンクジチオホスフェート等が挙げられる。これらの単独或いは２種以上を組み合わせて使用出来る。またその添加量は５〜３５％の範囲で使用される。１０〜２０％の範囲がより実用的である。スケール付熱間圧延鋼板を高圧下圧延する場合、硫黄系添加剤が５％以下では表面疵の抑制効果は表れず、３５％以上では効果の向上は飽和する。
【００２２】
界面活性剤としては、すでに若干のべたが、好ましくはカチオン系とノニオン系活性剤を組み合わせて使用する。
カチオン系活性剤としては、例えばＮ，Ｎ−ジメチルエチルアミノポリビニルアルコール共重合体等を代表とする高分子分散剤（特公平６−５７８３２）やアルキルアミンのエチレンオキサイド付加物の塩等が含まれる。これらのカチオン系活性剤は、０．２〜５％の範囲で使用添加される。
【００２３】
ノニオン系活性剤としては、例えばポリオキシエチレン型非イオン系界面活性剤（エーテル、エステルタイプ）、ポリオキシエチレンポリプロピレン重合型ポリマー、脂肪酸アマイドエチレンオキサイド付加物が挙げられ、単独或いは２種以上の組み合わせで使用される。０．１〜５％の範囲で使用添加される。ＨＬＢとしては、６〜１４の範囲の活性剤が使用される。
【００２４】
本発明に於いては、その他の成分として、たとえば下記の成分が使用出来る。
防錆・防食添加剤としては従来公知のものが使用出来、例えばオレイン酸等の高級脂肪酸、アルケニルコハク酸又はその誘導体、アミン類等が使用でき、これらは圧延油全量に対し、５％以下の量で添加できる。
【００２５】
また、酸化防止剤としても従来から使用されて来たものが使用出来、ｔｅｒ−ブチルヒドロキシトルエン等のフェノール化合物や芳香族アミン類等を使用でき、これらは圧延油全量に対し、３％以下の量で添加できる。
【００２６】
本発明の課題を解決する好ましい態様は、鉱物油、動植物油脂又は脂肪酸エステル類から選ばれる一種又は二種以上の基油に、脂肪酸エステル、リン系又は硫黄系就中硫黄系極圧添加剤および活性剤就中カチオン系界面活性剤を添加した水性冷間圧延油組成物が、効率よくスケールを微細粉砕し、圧延後の易洗浄性を向上させるのに最適である。その理由は、Ｓ系化合物の作用が最大限発揮されるためと推定される。
【００２７】
【実施例】
次に実施例により本発明を説明する。
【実施例１〜１０】
下記表１の各成分を所定量（重量部）配合して冷間圧延油組成物を調製した。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【実施例１１〜１６】
下記表２の各成分を所定量（重量部）配合して冷間圧延油組成物を調製した。
【００３０】
【比較例１〜５】
下記表２の各成分を所定量（重量部）配合して冷間圧延油組成物を調製した。
【００３１】
【表２】

【００３２】
表１及び表２に於いて使用した各成分は以下のものである。
合成エステルＡ：ペンタエリスリトールのオレイン酸エステル
合成エステルＢ：トリメチロールプロパンオレイン酸エステルのダイマー酸架橋物
合成エステルＣ：トリメチロールプロパンのオレイン酸エステル
油性向上剤：ダイマー酸
防錆添加剤：オレイン酸
酸化防止剤：ターシャルブチルヒドロキシトルエン
リン系極圧添加剤：ジオレイルハイドロジェンフォスファイト
ノニオン系界面活性剤：ポリオキシエチレンオレエート（ＨＬＢ＝１０．０）
カチオン系界面活性剤Ａ：α―オレフィン無水マレイン酸共重合体のＮ，Ｎ−ジエチル１，３−プロパンアミド
カチオン系界面活性剤Ｂ：ポリオキシエチレン（４モル）硬化牛脂アルキルアミン硫黄系極圧添加剤Ａ：硫化オレフィン（Ｓ分：３９ｗｔ％）
硫黄系極圧添加剤Ｂ：硫化ラードと硫化大豆メチルエステル（Ｓ分：１１ｗｔ％）
硫黄系極圧添加剤Ｃ：ジ・ターシャリーブチルポリスルフィド（Ｓ分：３２ｗｔ％）
硫黄系極圧添加剤Ｄ：硫化脂肪酸（Ｓ分：１０ｗｔ％）
【００３３】
上記実施例１〜９、実施例１０〜１５及び比較例１〜５の各組成物について、下記の方法で物性を測定した。この結果を表３（実施例１〜９）及び表４（実施例１０〜１５及び比較例１〜５）に示した。
【００３４】
【表３】

【００３５】
【表４】

【００３６】
なお表３の限界圧下率相対比は、比較例１の相対比である。
表３及び表４の各項目の測定方法及び評価基準は以下の通りである。
【００３７】
＜疵防止性＞
２段式小型圧延機でスケール付熱間圧延鋼鈑を２パス圧延行う。２パス目を低圧下から高圧下圧延して行くと、潤滑不足（高摩擦係数）の場合、疵（チャタリングと称している）が発生する。その疵の発生限界圧下率を求める。

【００３８】
＜機械汚れ＞
図１に示す２段式小型圧延機でスケール付熱間圧延鋼鈑を多パス圧延行い、圧延後のロールとロール下に置いた試験片の清浄性を目視判定する。但し図１に於いて（１）は圧延ロール、（２）は圧延材、（３）はロール下試験片を示す
判定：最良◎ ⇔ ×悪
ロール（１）：５％Ｃｒメッキ，ダル，１５０φ×２５０ｍｍ，Ｒａ＝２．８μｍ，圧延速度：１３ｍ／ｍ
パス回数：５パス（全圧下率：３５％）
圧延材（２）：スケール付熱間圧延鋼鈑（炭素鋼），２．０×３５×４５０ｍｍ，２０枚
ロール下試験片（３）：ＳＰＣＣ，０．８×１４０×１５０ｍｍ
クーラント濃度：３％，温度：３０℃，吐出圧：１．０Ｋｇ／ｃｍ^２
【００３９】
【発明の効果】
酸洗に先立ってスケール付熱間圧延鋼鈑を高圧下圧延する際、本発明の水性冷間圧延油は、従来の油脂、合成エステル、鉱油またはその混合油を主成分とする水性圧延油に比較し、高圧下時の疵発生を抑制する効果がある。基油、Ｓ系添加剤、カチオン系界面活性剤を主成分とする本発明冷間圧延油は、高粘度エステル，リン系極圧剤及び脂肪酸を主成分とする水性冷間圧延油より、１パス当たり圧下率３５〜５０％の高圧下圧延を可能にする。また、本発明冷間圧延油は、粘度が５０ｍｍ^２／ｓ（５０℃）以上，融点が、１０℃以上の物性を有し、ハウジング内のスケール粉の堆積を軽減し、ホ゛タ落ち等による圧延鋼帯表面の汚れを防止し、易洗浄性が向上する。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の組成物の特性を測定する際に使用した装置の一例である。
【００４１】
【符号の説明】
（１）・・・圧延ロール
（２）・・・圧延材
（３）・・・ロール下試験片

Claims

鉱物油、動植物油脂及び合成エステルから選ばれる１種又は２種以上の基油に、脂肪酸エステル、リン系又は硫黄系極圧添加剤および界面活性剤を含有せしめることを特徴とするスケール付熱間圧延鋼板用水性冷間圧延油組成物。
鉱物油、動植物油脂及び合成エステルから選ばれる一種又は２種以上の基油に、脂肪酸エステル、硫黄系極圧添加剤およびカチオン系界面活性剤を含有せしめた請求項１に記載のスケール付熱間圧延鋼板用水性冷間圧延油組成物。
合成エステルが、炭素数１２〜１８の脂肪族カルボン酸の炭素数８〜１８の脂肪族アルコールエステル、トリメチロールプロパンダイマー酸のオレイン酸縮合エステル、ジペンタエリスリトールイソステアリン酸ヘキサエステル、又は重合ひまし油脂肪酸のアルキルエステルの少なくとも１種である請求項１又は２に記載のスケール付熱間圧延鋼板用水性冷間圧延油組成物。
リン系極圧添加剤が、アルキル（炭素数１０〜１８）アシッドフォスフェート、アルキル（炭素数１０〜１８）アシッドチオフォスフェート、アルキル（炭素数１０〜１８）ハイドロジェンフォスファイトである請求項１乃至３のいずれかに記載のスケール付熱間圧延鋼板用水性冷間圧延油組成物。
硫黄系極圧添加剤が、アルキル（炭素数６〜１８）ポリ（ｎ＝２〜６）サルファイド、硫化ラード、硫化魚油、炭素数１２〜１８の硫化脂肪酸アルキル（炭素数１〜８）エステルの少なくとも１種である請求項１乃至４のいずれかに記載のスケール付熱間圧延鋼板用水性冷間圧延油組成物。
界面活性剤がカチオン系界面活性剤である特許請求項１乃至５のいずれかに記載のスケール付熱間圧延鋼板用水性冷間圧延油組成物。