JP2005220267A

JP2005220267A - 継ぎ目無し鋼管圧延用潤滑剤

Info

Publication number: JP2005220267A
Application number: JP2004031103A
Authority: JP
Inventors: Hide Uchida; 秀内田; Yasuhiro Wada; 康裕和田; Mitsuo Ogata; 三男尾形; Kazuhiro Inoue; 和洋井上; Seiji Ishibashi; 精二石橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-18

Abstract

【課題】プラグミル圧延に於いて、現用の黒鉛系潤滑剤以上の高潤滑性と耐錆性を確保し、内面品質の向上およびプラグミルの長寿命化の期待できる、廃液処理の必要もないシームレス鋼管圧延におけるプラグ潤滑剤を提供する。
【解決手段】炭酸水素ナトリウム、硫酸ナトリウムの少なくとも１種類以上を５〜５０質量％含有し、残部が固体潤滑剤である黒鉛、タルク、雲母の少なくとも１種以上および不可避的不純物からなる継ぎ目無し鋼管圧延用潤滑剤、またはこれに１〜１０％ロジンを含む継ぎ目無し鋼管圧延用潤滑剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、鉄鋼業における継ぎ目無し鋼管製造におけるプラグ潤滑に関するものであり、特にプラグミル圧延での高潤滑性でかつ環境に優しい潤滑剤の提供に係わるものである。

継ぎ目無し鋼管圧延のメインミルであるプラグミルは、孔形を有する一対のロールとその中心に設置されたプラグにて２パス圧延を行い、所定の外径、肉厚に仕上げるミルである。この場合、圧延材とプラグ間は高温下ですべり摩擦を伴い、圧延されていく。プラグ材としては、１５〜２０質量％のＣｒを含有し、多量のＣｒ炭化物を晶出させたＦｅ基の材料に熱処理によりスケール処理したプラグが使用されている。プラグミルではプラグは支持マンドレルバーに固定されているため、圧延材とは１００％すべり状態にあり、かつ高温の圧延材と圧延中を通じて接触するため、プラグへの負荷は極めて過酷であり、安定した圧延をするには潤滑剤併用が不可欠である。通常、プラグミル圧延ではＮａＣｌと黒鉛を約１：１に混合した潤滑剤が使用されるが、最近では特許文献１や特許文献２に示されているような、黒鉛と硼素化合物を混合したもの、或いは特許文献３に示されているような燐酸系潤滑剤等が適用が開示されている。

プラグミルで通常使用されるＮａＣｌと黒鉛の潤滑剤は、ＮａＣｌが約８００℃で溶融し、圧延材内面で潤滑剤膜となるとともに、黒鉛が潤滑剤膜中に分散することにより、黒鉛の潤滑性を発揮させることで低摩擦係数による低負荷でスムーズな圧延を可能としている。また、ＮａＣｌを多量に含有するため、普通鋼等の製品では錆発生による品質上の問題が発生する場合があり、高潤滑性と耐錆性を有する潤滑剤が要望され、特許文献１および２では硼素系化合物、特許文献３では燐酸系物質を使用することで、潤滑膜自体の膜切れをおこし難くし、潤滑性能を向上させるとともに脱ＮａＣｌによる耐錆性を防止しする技術が開示された。

ただし、これらの物質は、確かに潤滑性能等を改善するものの、環境上そのまま排水することはできず、必ず処理等が必要となる。この処理にかかる設備費等を考慮すると、硼素系、燐酸系以外の潤滑剤の出現が望まれる。

特開平０４−２０５９５号公報特開平０５−１１７６８４号公報特開平１０−１６８４６９号公報

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであって、優れた潤滑性能を有し、かつ環境に優しい潤滑剤の提供にあり、現有設備内での操業を可能とするプラグ潤滑剤の提供にある。

本発明は上記課題に関して鋭意研究を行った結果、以下に記述する構成によって課題を解決できることを見いだし、その要旨は下記の通りである。
（１）炭酸水素ナトリウム、硫酸ナトリウムの少なくとも１種類以上を５〜５０質量％含有し、残部が固体潤滑剤である黒鉛、タルク、雲母の少なくとも１種以上および不可避的不純物からなることを特徴とする継ぎ目無し鋼管圧延用潤滑剤。
（２）更に、ロジンを１〜１０質量％含有することを特徴とする（１）記載の継ぎ目無し鋼管圧延用潤滑剤。

プラグミル圧延において本発明の潤滑剤を使用することにより、環境上規制の厳しいＰ，Ｂ等の問題もなく、現用の黒鉛系潤滑剤以上の高潤滑性と耐錆性を確保可能となった。このことから、内面品質の向上、プラグミルの長寿命化、拡販の推進が可能となり、潤滑剤の供給量の低減化によるコストダウンも期待できる一方、廃液処理の必要もなく環境にやさしいなど、工業上大きい効果が得られた。

以下に本発明を詳細に説明する。

固体潤滑剤としては、黒鉛、二硫化モリブデン、雲母、タルク等が考えられるが、安価なことを考慮すると黒鉛、雲母、タルクが考えられる。この中で、黒鉛は安価で潤滑性も優れるが、色が黒色で、かつ床等に残存した場合作業者が滑りやすく、作業環境上黒鉛含有は少ない方が望まれる。種々検討した結果、雲母、タルクにおいても、プラグミルとしての潤滑性能を確保できることが確認できたので、これらを１種以上混合状態で使用することを検討した。

併せて、これらの固体潤滑剤を圧延材内面に均一に分布させるため、また流体潤滑を併用することが過酷なプラグミル圧延には不可欠であり、プラグミルでの使用温度で溶融し、流体潤滑を示す物質と混合した潤滑剤を検討することにした。プラグミルでの使用温度の１０００〜１１００℃で溶融していることが必要であり、流体潤滑を示す物質としては、燐酸塩系や硼酸塩系無機物以外に炭酸塩系、塩化物系、硫酸塩系無機物が考えられる。このうち燐酸塩系や硼酸塩系無機物の場合は、先にも述べたように、水溶性であり、Ｐ及びＢの排水基準上、問題となり、何らかの処理設備が必要となる。一方、塩化物系はＮａＣｌ同様にＣｌイオンを含むため製品への残渣による錆の発生や圧延機周辺への耐錆性が問題となる。

炭酸塩系無機物としては、炭酸カルシウム（融点１３３７℃）、炭酸ナトリウム（融点８５１℃）、炭酸水素ナトリウム（融点８５１℃）、炭酸カリウム（融点８９１℃）等があるが、融点を考慮すると炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウムが考えられる。また、硫酸塩系無機物としては、硫酸ナトリウム（融点８８４℃）、硫酸カリウム（融点１０６９℃）等があるが、融点を考慮すると硫酸ナトリウムが考えられる。

これら固体潤滑剤とプラグミル圧延温度で溶融する炭酸塩系無機物及び硫酸塩系無機物を混合・組み合わせた潤滑剤を作製し、潤滑性能を調査した。

潤滑性能評価は、第１図に示すような電動モーター３により回転する加熱片５に円柱工具４を油圧装置２で押し込み評価する潤滑剤試験機にて行った。この場合、摩擦係数を加工中の荷重とトルク値から算出して、比較した。なお、加熱片５は予め凹加工を行い、加熱炉１で加熱後、この部分に種々の潤滑剤粉末を供給して評価した。加熱片温度は１０５０℃で行っている。

この結果、上記の実験において、潤滑剤に黒鉛、タルク、雲母一種以上と混合する上記で限定した炭酸塩系無機物及び硫酸塩系無機物の一種以上の含有量が質量％で５％以上あれば、一般に使用されている黒鉛＋ＮａＣｌよりなる潤滑剤以上の摩擦係数の低減効果を示すことを確認した。この場合、炭酸塩系無機物及び硫酸系無機物一種以上の含有量が質量％で５０％を超えると、ＮａＣｌ等と同様に錆発生の兆候が観察されること、また、溶融する無機物の量が多くなる程、溶融中での固体潤滑剤の分散性が悪くなることから、その含有量の上限は５０％とすることが望ましい。その結果、炭酸塩系及び硫酸塩系無機物の含有量の適用範囲は質量％で５％〜５０％とした。

また、炭化物系無機物を詳細に調査した結果、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムを混合した場合も、黒鉛＋ＮａＣｌ以上の潤滑性能を示すものの、水溶液がやや高いアルカリ性を示すことから、使用するにしても、排水上中和処理が必要になるものと考えられる。一方、炭酸塩系無機物の炭酸水素ナトリウム、及び硫酸塩系無機物の硫酸ナトリウムは排水上の問題がない。したがって、黒鉛、タルク、雲母一種以上と混合する炭酸塩系無機物は炭酸水素ナトリウム、硫酸塩系無機物は硫酸ナトリウムに限定する。

なお、固体潤滑剤は供給上、エアブロー等で行うため、顆粒状が好ましく、顆粒状にするため黒鉛、タルク、雲母にロジンを混合してもよい。ただし、ロジンは顆粒状にするために、１％以上の混合が必要であるが、１０％以上になると使用時に発煙する。したがって、ロジンの混合量は１〜１０％に限定する。

本発明の潤滑剤の製造は、予め調整した固体潤滑剤に市販の炭酸水素ナトリウム及び硫酸ナトリウム等の成分を混合して製造すればよい。各薬品の貯蔵に当たっては、雨に濡れない程度の注意が必要である他は大きな制約はない。

実施例１として、本発明の潤滑剤を調合し、上述の図１に示す潤滑剤試験機で評価試験を行った。

また、同時に試験後の加熱試験片５について錆発生状況を調査した。

潤滑剤試験条件は以下の条件で実施した。
(1)工具４の材質：Ｆｅ‐１７％Ｃｒ材（径２０ｍｍ）、(2)加熱試験片５の試験初期温度：１０５０℃、(3)工具４の押込量：１ｍｍ、(4)加熱試験片５の回転数：３００ｒｐｍ、(5)試験時間：２ｓｅｃ、(6)加熱試験片５の材質：Ｓ４５Ｃ

表１に評価した潤滑剤の潤滑性能評価結果及び錆発生状況をまとめた。比較のため、従来の黒鉛とＮａＣｌとを１：１に混合した潤滑剤についても同様な試験を行った。潤滑性能は、従来の（黒鉛＋ＮａＣｌ）潤滑剤の摩擦係数を１とした時の、各潤滑剤の摩擦係数比で示した。また、錆発生状況については、圧延材に相当する加熱試験片５を２日間放置し、加熱試験片５の錆発生状況および摩擦面の状況を目視観察し、評価した。

表１より判るように、本発明の潤滑剤１〜１２を使用することにより、摩擦係数が１０〜３０％軽減し、錆発生に関しても問題ないことが判る。また、加熱試験片５の摩擦面は錆の発生が少なく、滑らかであり、良好であった。

なお、炭酸水素ナトリウム及び硫酸ナトリウムに関しては、水に溶解した際にＰＨは７〜８内であり、潤滑剤の使用後に中和処理等の必要はない。しかし、これらの代わりに炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムを混合時にはＰＨ１１程度のアルカリ性を示すので、中和処理が必要になり、これらは流体潤滑を示す物質として潤滑剤の成分として適さない。

実施例２として本発明の潤滑剤を用いて実際に図２に示すようにプラグミル圧延をした。潤滑剤として表１中の本発明２を用い、圧延温度約１０５０℃にて、外径１１８ｍｍ、厚み７．５ｍｍ、長さ約７ｍのパイプ８を、外径１１２ｍｍ、厚み約４ｍｍへ、２パスで、ロール６によって５０本圧延した。また、これの比較材としてこの実施例２と同じパイプ素材に対し、表１中の比較例１を用い、同条件で５０本圧延した。

この実施例２の条件で圧延したパイプは内面が滑らかであり、錆もなく良好であった。一方、比較材のパイプの内面は筋疵が観察され、錆も発生し、実施例２に比べて性状が劣っていた。また、プラグの傷みは比較材のものに比べて実施例２の方が少なく、本発明でプラグが長寿命化されることが確認された。さらに、プラグ７を保持するマンドレルバー１０のスラスト反力は比較材に比べて１５％程度減少した。

本発明による潤滑剤開発に当たり、潤滑性能を評価した試験機の概要を示す図である。本発明の潤滑剤を用いたプラグミル圧延の概要を示す断面図である。（ａ）入り側から見た横断面、（ｂ）（ａ）の中央部詳細、（ｃ）縦断面

符号の説明

１・・・加熱炉
２・・・油圧装置
３・・・電動モーター
４・・・円柱押し込み工具
５・・・加熱試験片材質：普通鋼Ｓ４５Ｃ
６・・・プラグミルのカリバーロール
７・・・プラグミルのプラグ
８・・・プラグミルで圧延されているパイプ
９・・・供給されている潤滑剤の付着したパイプ内面
１０・・マンドレルバー

Claims

炭酸水素ナトリウム、硫酸ナトリウムの少なくとも１種類以上を５〜５０質量％含有し、残部が固体潤滑剤である黒鉛、タルク、雲母の少なくとも１種以上および不可避的不純物からなることを特徴とする継ぎ目無し鋼管圧延用潤滑剤。
更に、ロジンを１〜１０質量％含有することを特徴とする請求項１記載の継ぎ目無し鋼管圧延用潤滑剤。