JP2013221123A - ハイブリッド供給システムに適した冷間圧延油及び冷間圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低濃度エマルションでは平均粒径の変化が小さく乳化安定性が良好であり、高濃度エマルションでは平均粒径が大きく付着油分量が多くプレートアウト性（潤滑性）が良好であり、かつ乳化安定性に優れた冷間圧延油、特に、ハイブリッド供給システムによる冷間圧延時に使用するのに適しているエマルション型の冷間圧延油を提供すること。
【解決手段】循環式の低濃度圧延油エマルション供給系統と直接式の高濃度圧延油エマルション供給系統を有するハイブリッド供給システムによる冷間圧延で用いるための冷間圧延油であって、１〜５体積％の低濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５以上で平均粒径が２０μｍ未満となり、６〜３０体積％の高濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５未満となり、平均粒径が２０μｍ以上となることを特徴とする冷間圧延油。
【選択図】なし

Description

本発明は、普通鋼、ステンレス鋼、珪素鋼等をはじめとする金属のハイブリッド供給システムによる冷間圧延時に使用するのに、特に適しているエマルション型の冷間圧延油及び冷間圧延方法に関する。

薄手硬質材を冷間圧延する時に、循環式の低濃度圧延油エマルション供給系統とは別に、高濃度圧延油エマルションをストリップ上下面に直接供給して潤滑性を向上させるシステムとしてハイブリッド供給方式が採用されている。この方式では、直接式の高濃度エマルションでは大粒径となりストリップへの油付着性を向上させることが求められる一方、循環式の低濃度エマルションでは小粒径に制御して乳化安定性を維持することが必要である。この相反する要求を満たすために、圧延油中に油溶性の酸成分と乳化剤を配合することにより、高濃度エマルションではpHが低下して大粒径化し、低濃度エマルションではpHが低下せず小粒径が維持可能となっている。ここで、低濃度エマルションでは、例えば、１〜５体積％、好ましくは２〜４体積％の圧延油が含まれており、高濃度エマルションでは、例えば、６〜３０体積％、好ましくは８〜１５体積％の圧延油が含まれている。
これに対して、特許文献１には、潤滑性を向上させるとともに、循環式圧延油供給タンクに混入後も乳化分散安定性を保持できる圧延油供給方法が開示されている。具体的には、冷間圧延におけるエマルション圧延油を循環式に供給する第１の圧延油供給系統と、エマルション圧延油を鋼板上面および下面に供給する第２の圧延油供給系統を設け、第２の圧延油供給系統から、第１の圧延油供給系統のエマルションと同一種類でかつ第１の圧延油供給系統よりも低い対油濃度の界面活性剤を添加し、第１の圧延油供給系統のエマルションよりも平均粒径が大きくなるように調整したエマルションを、鋼板上面および下面に供給する工程と、この工程で鋼板に付着しなかったエマルションを回収し、第１の圧延油供給系統での界面活性剤の対油濃度と同一となるように界面活性剤を投入し、機械的攪拌を加えた後、第１の圧延油供給系統のエマルションに合流させる工程とを備える方法である。

又、特許文献２には、乳化剤濃度を制御することによって油滴の粒径を制御し、圧延ロールと圧延される鋼帯の表面との間に適正な潤滑性を付与する方法が開示されている。具体的には、鋼帯の冷間圧延において、圧延に供された圧延油の乳化剤濃度を検出し（ａ１〜ａ２）、検出された乳化剤濃度と予め定められる乳化剤濃度範囲の上限値との差を演算し、検出濃度が前記上限値を超えるとき、圧延に供給されるべき圧延油に油を添加し（ａ３〜ａ４）、検出濃度が前記上限値以下であるとき、検出濃度と予め定められる乳化剤濃度範囲の下限値との差を演算し、検出濃度が前記下限値未満であるとき、圧延に供給されるべき圧延油に乳化剤を添加し（ａ５〜ａ６）、検出濃度が前記下限値以上であるとき、鋼帯の冷間圧延が終了したか否かが判断される方法である。
しかしながら、依然として、低濃度エマルションでは平均粒径の変化が小さく乳化安定性が良好であり、高濃度エマルションでは平均粒径が大きく付着油分量が多くプレートアウト性（潤滑性）が良好であり、かつ乳化安定性に優れた冷間圧延油が求められている。

特開２００３−２６６１１６号公報 特開２００４−１３６３４８号公報

本発明は、低濃度エマルションでは平均粒径の変化が小さく乳化安定性が良好であり、高濃度エマルションでは平均粒径が大きく付着油分量が多くプレートアウト性（潤滑性）が良好であり、かつ乳化安定性に優れた冷間圧延油、特に、ハイブリッド供給システムによる冷間圧延時に使用するのに適しているエマルション型の冷間圧延油及び冷間圧延方法を提供することを目的とする。

本発明は、１〜５体積％の低濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５以上で平均粒径が２０μｍ未満となり、６〜３０体積％の高濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５未満となり、平均粒径が２０μｍ以上となることの両方の要件を満たす冷間圧延油が、上記目的を達成できるとの知見に基づいてなされたものでる。
すなわち、本発明は、循環式の低濃度圧延油エマルション供給系統と直接式の高濃度圧延油エマルション供給系統を有するハイブリッド供給システムによる冷間圧延で用いるための冷間圧延油であって、１〜５体積％の低濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５以上で平均粒径が２０μｍ未満となり、６〜３０体積％の高濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５未満となり、平均粒径が２０μｍ以上となることを特徴とする冷間圧延油を提供する。
本発明は、又、上記冷間圧延油を用い、基油の含有量が６〜３０体積％の高濃度圧延油水性エマルションを、２対の圧延ロールの間へ供給し、基油の含有量が１〜５体積％の低濃度圧延油水性エマルションを、２対の圧延ロールを構成する第１の一対の圧延ロールの前、並びに第２の圧延ロールの高濃度圧延油水性エマルション供給地点より後の位置に供給しながら、冷間圧延することを特徴とする鋼板の冷間圧延方法を提供する。

本発明の冷間圧延油は、低濃度エマルションでは平均粒径の変化が小さく乳化安定性が良好であり、高濃度エマルションでは平均粒径が大きく付着油分量が多くプレートアウト性（潤滑性）が良好であり、かつ乳化安定性に優れている。さらに、高濃度エマルションのプレートアウト量が多く、ニート油の境界潤滑性が高いとの優れた特性を有する。

本発明の鋼板の冷間圧延方法の概略を示す。

本発明で用いる基油は、動植物油脂、鉱油及び合成エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種類以上である。このような基油としては、従来から冷間圧延油に用いられているものを使用できる。例えば、牛脂、ヤシ油、パーム油、パーム核油、ナタネ油、綿実油等の動植物油脂および多価アルコ−ルと脂肪酸との合成エステル；マシン油、スピンドル油、タービン油等の鉱油が挙げられ、これらの群から選ばれる一種または二種以上を選ぶことができる。これらのうち、トリメチロールプロパントリオレエートなどの合成エステル基油が好ましい。ただし、特に温度が低い時期に起こりやすい圧延油の固化および圧延加工によって発生した金属粉と圧延油の混和による圧延機廻り堆積スカムの生成を防止するためには、流動点が２０℃以下の基油を使用するのが好ましい。流動点が２０℃より高い動植物油脂や合成エステル等を用いる場合は、流動点が低い別の基油との組み合わせで構成し、圧延油自体の流動点を好ましくは２０℃以下に、より好ましくは１０℃以下にすることにより、圧延材の表面品質および作業環境について大幅に向上することが可能になる。

本発明の冷間圧延油は、高分子ノニオン型乳化剤を含有するのが好ましい。このような高分子ノニオン型乳化剤としては、平均分子量が４,０００〜１５,０００であり、ＨＬＢが５〜９であるのが好ましい。このような高分子ノニオン型乳化剤を用いることにより、優れた乳化分散性、乳化安定性、および高いプレートアウト性を冷間圧延油に付与することができる。高分子ノニオン型乳化剤の量は、後述のリン酸系酸性物質と共に、１〜５体積％の低濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５以上（好ましくはｐＨ５．５〜７．５）で平均粒径が２０μｍ未満（好ましくは８〜１２μｍ）となり、６〜３０体積％の高濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５未満（好ましくはｐＨ４．０〜４．５）となり、平均粒径が２０μｍ以上（好ましくは２５〜３５μｍ）となる量で用いるのがよい。具体的には、圧延油中０．２〜２重量％の量で用いるのが好ましい。
高分子ノニオン型乳化剤としては、例えば、ダイマー酸やトリマー酸等の多塩基酸のポリエチレングリコールエステル、マレイン酸とポリブテンの共重合物等のポリカルボン酸のポリエチレングリコールエステル、リノール酸やヒドロキシステアリン酸等の重縮合脂肪酸等のポリエチレングリコールエステル等が挙げられる。

これらの高分子ノニオン型乳化剤のうち、下記式１の化学構造を有するものが好ましい。
Ｒ¹−Ｏ−（ＥＯ）ｘ−Ｒ² (1)
（式中、Ｒ¹およびＲ²はアルキル基の炭素数が９０〜１４０を、ＥＯはエチレンオキシ基を表し、ｘは４５〜９０である。）
本発明では、このような高分子ノニオン型乳化剤に、分子量が３０００以上でＨＬＢが５〜９の範囲にある低分子ノニオン型乳化剤を併用するのも好ましい。この際、低分子ノニオン型乳化剤を０．２〜２重量％の量で用いるのが好ましい。

本発明では、上記非イオン性界面活性剤と共にリン酸系酸性物質を用いる。
リン酸系酸性物質としては、有機リン酸化合物が好ましく、特に、アルキル基の炭素数が１〜２２、好ましくは炭素数が４〜１８であるモノアルキル酸性リン酸エステル、ジアルキル酸性リン酸エステル及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものがよい。アルキル基は、分岐鎖でも直鎖でもよいが、直鎖が好ましい。又、ジアルキル酸性リン酸エステルの２つのアルキル基の炭素数は同一でも異なっていてもよい。
好ましい炭素数４〜８の直鎖アルキル基としては、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基があげられる。
好ましいリン酸系酸性物質としては、例えば、モノｎ−ブチルアシッドホスフェート、モノｎ−ペンチルアシッドホスフェート、モノｎ−ヘキシルアシッドホスフェート、モノｎ−ヘプチルアシッドアシッドホスフェート、モノｎ−オクチルアシッドホスフェート、ジｎ−ブチルアシッドホスフェート、ジｎ−ペンチルアシッドホスフェート、ジｎ−ヘキシルアシッドホスフェート、ジｎ−ヘプチルアシッドアシッドホスフェート、ジｎ−オクチルアシッドホスフェートなどが挙げられる。これらは一種又は２種以上の混合物として用いてもよい。

リン酸系酸性物質は、前述の高分子ノニオン型乳化剤と共に、１〜５体積％の低濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５以上で平均粒径が２０μｍ未満となり、６〜３０体積％の高濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５未満となり、平均粒径が２０μｍ以上となる量で用いるのがよい。具体的には、圧延油中０．００５〜３質量％の量で用いるのが好ましく、より好ましくは０．０１質量％以上である。
本発明の冷間圧延油は、上記の成分を必須とするが、さらに、鉱物油、油脂、合成エステルなどの希釈剤を含有してもよく、他の界面活性剤、油性向上剤、酸化防止剤、極圧添加剤を含有してもよい。
本発明の冷間圧延油は、上記成分を含有し、水に乳化させた水性エマルションとして用いるのがよい。

本発明の冷間圧延油の使用方法としては、先ず、基油の含有量が６〜３０体積％の高濃度圧延油水性エマルションとなるように、水により希釈したものをクーラント液として圧延加工部、例えば、図１に示されるように、２対の圧延ロールの間へ供給するのがよい。希釈に使用する水は、脱イオン水、水道水、工業用水のいずれでも良く、エマルションの作成方法に特に制限はない。また、本発明の冷間圧延油は循環使用時にマグネチックセパレーター、ＤＥＭフィルター、ストレーナー、ラバルセパレーターやフラットベットフィルター等のフィルター類を併用したときのスカム除去によるクーラント液清浄化効果が大きいので、圧延材の表面品質および作業環境を向上するとともに、圧延油原単位の低減にも寄与できる。
本発明では、圧延工程から回収した高濃度圧延油水性エマルションを水で希釈して１〜５体積％の低濃度圧延油水性エマルションを調製して、例えば、図１に示されるように、２対の圧延ロールを構成する第１の一対の圧延ロールの前、並びに第２の圧延ロールの高濃度圧延油水性エマルション供給地点より後の位置に供給するのがよい。
尚、低濃度圧延油水性エマルションは、回収した高濃度圧延油水性エマルションを水で希釈してする以外に、新しい冷間圧延油を水で希釈して調製してもよい。
次に本発明を実施例及び比較例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。

実施例１〜８及比較例１〜５
下記の成分を用いて冷間圧延油を調製し、表−１及表−２に示す組成の冷間圧延油水性エマルションを調製して、その特性を調べた。
基油：トリメチロールプロパントリオレエート ９７.０質量％又は残部
下記の構造を有する高分子ノニオン乳化剤（分子量７０００、ＨＬＢ＝８） ０.１〜０.６質量％
Ｒ¹−Ｏ−（ＥＯ）ｘ−Ｒ² (1)
（式中、Ｒ¹およびＲ²はアルキル基の炭素数が１２６、ＥＯはエチレンオキシ基を表し、ｘは７０である。）
低分子ノニオン乳化剤（分子量７００、ＨＬＢ＝１０） ０.５〜３.０質量％
Ｒ¹−Ｏ−（ＥＯ）ｘ−Ｒ² (2)
（式中、Ｒ¹およびＲ²はアルキル基の炭素数１８、ＥＯはエチレンオキシ基を表し、ｘは７０である。）
酸性リン酸エステルＩ（モノｎ−ブチルアシッドホスフェート＋ジｎ−ブチルアシッドホスフェート） ０.０１〜０.２質量％
酸性リン酸エステルＩＩ（モノｎ−オレイルアシッドホスフェート＋ジｎ−オレイルアシッドホスフェート） ０.５〜２.０質量％
プロピオン酸 ０.０１〜０.２質量％

なお試験において使用した水は工業用水であり、性状は以下の通りである。
ｐＨ７．１０ ＥＣ１４０μS/cm
Ｎａイオン１０．０ｐｐｍ Ｋイオン３．５ｐｐｍ Ｍｇイオン２．０ｐｐｍ Ｃａイオン１２．５ｐｐｍ Ｃｌイオン１０．０ｐｐｍ ＳＯ４イオン２０ｐｐｍ ＮＯ３イオン３ｐｐｍ
試験１ プレートアウト性試験
表−１及び表−２に示す各供試圧延油を下記の条件でエマルション建浴し、ホモミキサー（ＴＫロボミックス）撹拌した。攪拌後に液ｐＨを測定して、エマルション粒子径をコールターマルチサイザーIIIで測定して、エマルション中にテストピースを浸漬し、引き上げてからテストピース上の余剰エマルションを湯洗後、表面炭素分析装置（ＬＥＣＯ）にてテストピース上の付着油分量を測定した。
本試験において３％エマルションでは平均粒径の変化が小さく乳化安定性が良好であり、１０％エマルションでは平均粒径が大きく付着油分量が多くプレートアウト性（潤滑性）が良好である圧延油が優れるといえる。

（試験条件）
圧延油濃度：３体積％および１０体積％
建浴量 ：１Ｌ
浴温度 ：５５℃
撹拌条件 ；３体積％：ホモミキサー７０００ｒｐｍ×３０ｍｉｎ
１０体積％：ホモミキサー１０００００ｒｐｍ×３０ｍｉｎ
テストピース：ＳＰＣＣ−ＳＢ（０．３ｍｍ×５０ｍｍ×１００ｍｍ）
浸漬時間 ：１ｓｅｃ
湯洗条件 ：５０℃の湯槽に浸漬１ｓｅｃ
付着油分量測定：表面炭素分析装置（ＬＥＣＯ）にて５００℃×５ｍｉｎでテストピース上の付着炭素量測定後、付着炭素量を１．３倍することで付着油分量に換算

試験２ 乳化安定性試験
表−１及び表−２に示す各供試圧延油を下記の条件でエマルション建浴し、ポンプ循環した。循環後に浮上油を除く液濃度を測定して、エマルション粒子径をコールターマルチサイザーIIIで測定し乳化安定性を測定した。本試験において粒径が小さく濃度が初期と同等である圧延油が乳化性に優れるといえる。
（試験条件）
圧延油濃度：１０体積％
建浴量 ：１０Ｌ
浴温度 ：５５℃
撹拌条件 ：ベースレスポンプ３０Ｈｚ

試験３ 境界潤滑試験
表−１及び表−２に示す各供試圧延油のニート油を下記の条件で試験した。本試験において耐圧荷重が高い圧延油が境界循環津性に優れるといえる。
（試験条件）
試験機 ：シェル式四球試験機
圧延油 ：ニート油
浴温度 ：５５℃
鋼球 ：ＳＵＪ−２、１／２ｉｎｃｈ．
試験条件 ：ショックロード、１５００ｒｐｍ、１ｍｉｎ

表−１

表−２

表−１及び表−２に示した結果から明らかなように、実施例１〜８の潤滑油組成物は、比較例１〜５と比較して、１０％エマルションのプレートアウト量が多く、ニート油の境界潤滑性が高い。また乳化安定試験においていずれも濃度は高位に維持できており、浮上油発生の問題が生じないなど優れた効果を示す。

Claims (7)

1. 循環式の低濃度圧延油エマルション供給系統と直接式の高濃度圧延油エマルション供給系統を有するハイブリッド供給システムによる冷間圧延で用いるための冷間圧延油であって、１〜５体積％の低濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５以上で平均粒径が２０μｍ未満となり、６〜３０体積％の高濃度圧延油水性エマルションではｐＨが５未満となり、平均粒径が２０μｍ以上となることを特徴とする冷間圧延油。
2. 高分子ノニオン型乳化剤とリン酸系酸性物質を含有する請求項１記載の冷間圧延油。
3. 高分子ノニオン型乳化剤の平均分子量が４,０００〜１５,０００であり、ＨＬＢが５〜９である請求項１又は２記載の冷間圧延油。
4. リン酸系酸性物質が、有機リン酸化合物である請求項２記載の冷間圧延油。
5. 有機リン酸化合物が、アルキル基の炭素数が１〜２２であるモノアルキル酸性リン酸エステル、ジアルキル酸性リン酸エステル及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項４項記載の冷間圧延油。
6. アルキル基の炭素数が４〜１８である請求項５記載の冷間圧延油。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の冷間圧延油を用い、基油の含有量が６〜３０体積％の高濃度圧延油水性エマルションを、２対の圧延ロールの間へ供給し、基油の含有量が１〜５体積％の低濃度圧延油水性エマルションを、２対の圧延ロールを構成する第１の一対の圧延ロールの前、並びに第２の圧延ロールの高濃度圧延油水性エマルション供給地点より後の位置に供給しながら、冷間圧延することを特徴とする鋼板の冷間圧延方法。

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