JP2015221911A - 小さい粒径の水中油型潤滑流体 - Google Patents

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Abstract

【課題】鋼鉄冷間圧延において使用するための水中油型潤滑流体を提供すること【解決手段】鋼鉄冷間圧延において使用するための水中油型潤滑流体であって、該流体は、1μm以下の粒径を有し、油相および水からなる水中油型エマルジョンを含み、ここで上記油相は、約5wt%〜約40wt%の少なくとも1種のポリマー界面活性剤、約25wt%〜約95wt% 基油、約0.2wt%〜約10wt% 極圧潤滑添加剤、および約0.5wt%〜約6wt% 他の機能的添加剤を含む、水中油型潤滑流体。本発明の鋼鉄を冷間圧延するための方法は、上記鋼鉄を、本発明の水中油型潤滑流体で潤滑する工程を包含する。【選択図】図1

Description

(背景)
鋼鉄の冷間圧延プロセスにおいて、潤滑は重要であり、一般に必要な構成要素である。圧延プロセスと関連したロールとストリップとの間が高速、高圧および高摩擦力であることに起因して、不十分な潤滑、不十分な冷却、および不十分な表面保護が起こり得、これは、以下を生じ得る:1)圧延力の増大、2)低いストリップ反射率、3)増大した圧延摩損、およびいくらかの場合には、4)上記鋼鉄ストリップを成功裏に圧延できないこと。このような不利な効果は、エネルギーを無駄にし得、ロールを消費し得、不十分な生成物の品質を生じ得る、などになる。
伝統的には、鋼鉄冷間圧延プロセスには、これまで主に2タイプの潤滑モードがあった:(1)ニートオイルでの潤滑、および(2)水中油型エマルジョンでの潤滑。ニートオイルでの潤滑は、一般に、高い可燃性および不十分な冷却を伴う結果が原因で、排除されてきた。
現在では、鋼鉄を冷間圧延するための当該分野の潤滑技術水準は、1.0μmより大きな粒径、特に、約2.0μmより大きな粒径を有するエマルジョンを使用する潤滑を含む。
(要旨)
本発明のいくつかの実施形態によれば、鋼鉄冷間圧延において使用するための水中油型潤滑流体は、1μm以下の粒径値を有する水中油型エマルジョンを含む。いくつかの実施形態において、鋼鉄冷間圧延において使用するための水中油型潤滑流体は、約0.5μm以下の粒径値を有する水中油型エマルジョンを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、鋼鉄冷間圧延において使用するための水中油型潤滑流体は、油相および水相を有する水中油型エマルジョンを含む。上記油相は、約5wt%〜約40wt%の少なくとも1種のポリマー界面活性剤、約25wt%〜約95wt% 基油、および約0.2wt%〜約10wt% 極圧潤滑添加剤を含み得る。いくつかの実施形態において、上記エマルジョンは、1μm以下の粒径モーダル値、d(50%)を有する油相粒子を含む。いくつかの実施形態において、上記水中油型潤滑剤は、上記油相中に約0.5wt%〜約6wt% 機能的添加剤を含む。いくつかの実施形態において、上記油相は、上記水中油型潤滑流体のうちの約0.5wt%〜約15wt%を構成する。
特定の実施形態において、上記水中油型潤滑流体は、平均分子量約1,000〜約100,000を有する少なくとも1種のポリマー界面活性剤を含む。上記ポリマー界面活性剤は、グラフトブロックポリマー界面活性剤を含み得る。いくつかの実施形態において、ポリマー界面活性剤は、数平均分子量少なくとも約200を有する疎水性ブロック、もしくは数平均分子量少なくとも約200を有する親水性ブロックを含む。
いくつかの実施形態において、基油は、天然エステル、合成エステル、ミネラルオイル、もしくはこれらの混合物を含む。特定の実施形態において、上記極圧潤滑添加剤は、リンベース、硫黄ベース、もしくはこれらの混合物である。
特定の実施形態において、上記油相のうちの少なくとも約50%は、1μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる。いくつかの実施形態において、上記油相のうちの少なくとも約50%は、約0.5μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる。
いくつかの実施形態によれば、鋼鉄を冷間圧延するための方法は、上記鋼鉄を、本発明の水中油型潤滑流体で潤滑する工程を包含する。
図1は、処方物 約0.13μmの粒径分布を示す。 図2は、処方物 約0.45μmの粒径分布を示す。 図3は、処方物 約0.17μmの粒径分布を示す。 図4は、種々の処方物および参照オイルのフィルム形成結果を示す。 図5は、種々の処方物およびオイルのスタック染み試験(stack staining test)結果を示す。 図6は、参照オイルの熱重量分析結果を示す。 図7は、処方物の熱重量分析結果を示す。 図8は、種々の処方物および参照オイルの圧延後のストリップ温度を示す。 図9は、種々の処方物および参照オイルの圧延後のストリップ温度を示す。 図10は、処方物 約0.13μmの粒径分布を示す。
(詳細な説明)
本発明のいくつかの実施形態の組成物および方法は、1μm以下の小さな粒径を有する水中油型潤滑剤での鋼鉄冷間圧延プロセスに関する。本明細書で使用される場合、粒径(PSD)は、潤滑剤エマルジョン中の油滴の体積重み付け(volume−weighted)サイズ分布に基づいて、上記油滴直径のモーダル値、d(50%)を表す。上記値d(50%)は、エマルジョンの粒径を表すために、この分野において広く使用されている。PSD≦1μmは、体積重み付け粒径分布を意味することが理解され得、上記体積重み付けmodus d(50%)は、1μm以下である。本明細書に記載される粒径は、Mastersizer 2000(Malvern Instruments)で測定される。上記測定は、光回折に基づく。
いくつかの実施形態において、エマルジョンは、平均粒径あたりの粒径分布を含む。このようなプロセスおよび潤滑流体は、任意のタイプの鋼鉄に適切であり得る。
鋼鉄冷間圧延の伝統的な潤滑理論およびこの分野の経験によれば、圧延プロセスでは2つの潤滑管理形態(regime)が存在する:境界潤滑および弾性流体潤滑(elastic−hydrodynamic lubrication)(「EHD」)。多くの鋼鉄圧延プロセスは、混合潤滑管理形態で行われており、これらは、境界潤滑およびEHD潤滑の両方の特徴を含む。従って、いくつかの実施形態において、冷間圧延潤滑流体が、良好な境界潤滑および良好なEHD潤滑を示すことは、有利であり得る。いくつかの実施形態において、本発明の水中油型潤滑流体は、冷間圧延プロセスにおいて使用するために、境界潤滑およびEHD潤滑の両方において十分な潤滑特性を有する。
上記潤滑の要件に加えて、上記鋼鉄冷間圧延に使用される適切な潤滑剤についてのいくつかの他の技術的要件が考慮されるべきである(例えば、冷却能、防錆能、焼き鈍し能など)。
(潤滑流体組成物)
いくつかの実施形態において、本発明の水中油型潤滑剤は、(B)水に分散した(A)
油相を含む。いくつかの実施形態において、上記水中油型潤滑剤は、潤滑流体である。
(A.油相)
いくつかの実施形態によれば、潤滑剤は、油相を含む。いくつかの実施形態において、上記油相は、必要に応じて、1)約5wt%〜約40wt%の1種以上のポリマー界面活性剤、2)約25wt%〜約95wt%の1種以上の基油、3)約0.5wt%〜約10wt%の1種以上の極圧(「EP」)および/もしくは耐摩耗潤滑添加剤、ならびに/または4)約1wt%〜約6wt%の1種以上の機能的添加剤、のうちの1種以上を含み得る。
(ポリマー界面活性剤)
本発明のいくつかの実施形態の水中油型潤滑剤の油相は、1種以上のポリマー界面活性剤を含む。適切なポリマー界面活性剤の例としては、ポリビニルピロリドン、分枝状EO−POブロックポリマーなどが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、適切なポリマー界面活性剤は、約1,000〜約100,000;約2,000〜約80,000;もしくは約3,000〜約70,000の平均分子量を有する。いくつかの実施形態において、適切なポリマー界面活性剤は、約1,000;約2,000;約5,000;約10,000;約15,000;約20,000;約25,000;約30,000;約35,000;約40,000;約45,000;約50,000;約55,000;約60,000 約65,000;約70,000;約75,000;約80,000;約85,000;約90,000;約95,000;もしくは約100,000の平均分子量を有する。
いくつかの実施形態において、ポリマー界面活性剤は、グラフトブロックポリマー界面活性剤を含む。グラフトブロックポリマー界面活性剤は、例えば、数平均分子量少なくとも約200を有する疎水性ブロックを含み得る。グラフトブロックポリマー界面活性剤は、例えば、数平均分子量少なくとも約200を有する、いくつかの実施形態において、数平均分子量少なくとも約300〜約5000を有する、およびいくつかの実施形態において、数平均分子量約400〜約1000を有する親水性ブロックを含み得る。
いくつかの実施形態において、水中油型潤滑剤の油相は、1種以上のポリマー界面活性剤を、約5wt%〜約40wt%;約10wt%〜約35wt%;もしくは約15wt%〜約30wt%の量で含む。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑剤の油相は、1種以上のポリマー界面活性剤を、約5wt%;約6wt%;約7wt%;約8wt%;約9wt%;約10wt%;約11wt%;約12wt%;約13wt%;約14wt%;約15wt%;約16wt%;約17wt%;約18wt%;約19wt%;約20wt%;約21wt%;約22wt%;約23wt%;約24wt%;約25wt%;約26wt%;約27wt%;約28wt%;約29wt%;約30wt%;約31wt%;約32wt%;約33wt%;約34wt%;約35wt%;約36wt%;約37wt%;約38wt%;約39wt%;もしくは約40wt%の量で含む。
(基油)
本発明のいくつかの実施形態の水中油型潤滑剤の油相は、1種以上の基油を含む。適切な基油の例としては、天然エステル、合成エステル、ミネラルオイル、またはこれらの組み合わせもしくは混合物が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、適切な基油は、パーム油を含む。
いくつかの実施形態において、本発明の水中油型潤滑剤の油相は、1種以上の基油を、約25wt%〜約95wt%;約25wt%〜約93wt%;約50wt%〜約93wt
%;約40wt%〜約80wt%;約50wt%〜約70wt%;約56wt%〜約70wt%;約60wt%〜約66wt%;約60wt%〜約95wt%;約60〜約93wt%;約65wt%〜約85wt%;約70wt%〜約85wt%;約75wt%〜約80wt%;約25wt%〜約55wt%;約30wt%〜約50wt%;約35wt%〜約45wt%;もしくは約38wt%〜約44wt%の量で含む。いくつかの実施形態において、本発明の水中油型潤滑剤の油相は、1種以上の基油を、約25wt%;約30wt%;約35wt%;約40wt%;約45wt%;約50wt%;約55wt%;約60wt%;約65wt%;約70wt%;約75wt%;約80wt%;約85wt%;約90wt%;もしくは約95wt%の量で含む。
(極圧および/もしくは耐摩耗潤滑添加剤)
本発明のいくつかの実施形態の水中油型潤滑剤の油相は、1種以上の極圧(「EP」)および/もしくは耐摩耗潤滑添加剤を含む。適切なEPおよび/もしくは耐摩耗潤滑添加剤の例としては、アミンホスフェート、非エトキシル化ホスフェートエステル、エトキシル化ホスフェートエステル、アルキル酸性(acidy)ホスフェート、硫化脂肪エステル、およびアルキルポリスルフィドが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、適切なEPおよび耐摩耗潤滑添加剤は、リンベース、硫黄ベース、および/もしくはこれらの混合物である。
いくつかの実施形態において、水中油型潤滑剤の油相は、1種以上のEPおよび/もしくは耐摩耗潤滑添加剤を、約0.2wt%〜約10wt%;約0.5wt%〜約10wt%;1wt%〜約9wt%;約2wt%〜約8wt%;約3wt%〜約7wt%;もしくは約4wt%〜約6wt%の量で含む。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑剤の油相は、1種以上のEPおよび/もしくは耐摩耗潤滑添加剤を、約0.2wt%;約0.5wt%;約1wt%;約1.5wt%;約2wt%;約2.5wt%;約3wt%;約3.5wt%;約4wt%;約4.5wt%;約5wt%;約5.5wt%;約6wt%;約6.5wt%;約7wt%;約7.5wt%;約8wt%;約8.5wt%;約9wt%;約9.5wt%;もしくは約10wt%の量で含む。
(機能的添加剤)
本発明のいくつかの実施形態の水中油型潤滑剤の油相は、1種以上の機能的添加剤を含む。任意の適切な機能的添加剤が、望ましい結果を達成するために含まれ得る。このような添加剤は、鋼鉄冷間圧延の境界潤滑および他のプロセス要件を網羅するために選択され得る。適切な添加剤の例としては、防錆添加剤、消泡添加剤、抗酸化添加剤、乳化剤、濃化剤、湿潤添加剤などが挙げられるが、これらに限定されない。適切な腐食インヒビター添加剤の例としては、トルトリアゾール(tolutriazole)が挙げられるが、これらに限定されない。適切な抗酸化添加剤の例としては、アルキル化アミノフェノールが挙げられるが、これらに限定されない。適切な湿潤添加剤の例としては、分枝状脂肪酸が挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、水中油型潤滑剤の油相は、1種以上の機能的添加剤を、約0.5wt%〜約10wt%;約1wt%〜約8wt%;約1wt%〜約6wt%;もしくは約1wt%〜約4wt%の量で含む。
(B.水中油型分散物)
本発明のいくつかの実施形態の水中油型潤滑剤は、上記の油相を水に分散させることによって調製され得る。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑流体は、ポンプ循環によって調製される。いくつかの実施形態において、潤滑流体は、上記水中油型潤滑流体のうちの約0.5wt%〜約15wt%;上記水中油型潤滑流体のうちの約1wt%〜約15wt%;上記潤滑流体のうちの約1wt%〜約10wt%;上記潤滑流体のうちの約1
wt%〜約7wt%;上記潤滑流体のうちの約1wt%〜約5wt%の量で、上記水中に分散させられた油相を含む。いくつかの実施形態において、潤滑流体は、上記潤滑流体のうちの約0.5wt%;上記潤滑流体のうちの約1wt%;上記潤滑流体のうちの約2wt%;上記潤滑流体のうちの約3wt%;上記潤滑流体のうちの約4wt%;上記潤滑流体のうちの約5wt%;上記潤滑流体のうちの約6wt%;上記潤滑流体のうちの約7wt%;上記潤滑流体のうちの約8wt%;上記潤滑流体のうちの約9wt%;もしくは上記潤滑流体のうちの約10wt%の量で、水中に分散させられた油相を有する。
水中油型潤滑流体は、油相液滴、もしくは粒子を含み得る。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑流体は、上記潤滑エマルジョン中の油滴の体積重み付けサイズ分布に基づいて、modusもしくはモーダル値、d(50%)を表す粒径(PSD)を有する油相粒子を含み得る。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑流体は、上記粒径モーダル値d(50%)あたりの粒径の分布を含む。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑流体の粒径分布は、乳化剤のタイプおよび/もしくはその濃度に依存する。
いくつかの実施形態において、ポリマー界面活性剤の濃度は、低い静的界面張力の結果として、小さな粒径の水中油型エマルジョンを調製するために使用され得る。本明細書で教示されるように、ポリマー界面活性剤の濃度の結果として、上記水中油型潤滑剤は、小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の性能(増強した安定性、圧延された金属上のより少ない残存オイル沈着が挙げられる)を有し得るが、伝統的な粒径エマルジョン(PSD>1μm)と比較して、十分に厚いフィルム形成をなお維持し得ると考えられる。
いくつかの実施形態において、上記油相のうちの約96% v/vは、1.0μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる。いくつかの実施形態において、上記油相のうちの少なくとも約94% v/vは、約0.5μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑流体における上記油相のうちの少なくとも約75% v/vは、約0.20μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑流体の上記油相のうちの少なくとも約50% v/vは、約0.13μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる。
いくつかの実施形態において、水中油型潤滑剤は、1.0μm以下;約0.9μm以下;約0.8μm以下;約0.7μm以下;約0.6μm以下;約0.5μm以下;約0.4μm以下;約0.3μm以下;約0.2μm以下;約0.1μm以下;約0.09μm以下;約0.08μm以下;約0.07μm以下;約0.06μm以下;もしくは約0.05μm以下の粒径モーダル値d(50%)を有する。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑流体は、約0.05μm〜1μm;約0.05μm〜約0.9μm;約0.05μm〜約0.8μm;約0.05μm〜約0.7μm;約0.05μm〜約0.6μm;約0.05μm〜約0.5μm;約0.05μm〜約0.4μm;約0.05μm〜約0.3μm;約0.05μm〜約0.2μm;約0.1μm〜1μm;約0.1μm〜約0.9μm;約0.1μm〜約0.8μm;約0.1μm〜約0.7μm;約0.1μm〜約0.6μm;約0.1μm〜約0.5μm;約0.1μm〜約0.4μm;約0.1μm〜約0.3μm;約0.1μm〜約0.2μmの粒径モーダル値d(50%)を有する。いくつかの実施形態において、水中油型潤滑剤は、約0.05μm;約0.06μm;約0.07μm;約0.08μm;約0.09μm;約0.1μm;約0.11μm;約0.12μm;約0.13μm;約0.14μm;約0.15μm;約0.16μm;約0.17μm;約0.18μm;約0.19μm;約0.2μm;約0.21μm;約0.22μm;約0.23μm;約0.24μm;約0.25μm;約0.26μm;約0.27μm;約0.28μm;約0.29μm;約0.3μm;約0.31μm;約0.32μm;約0.33μm;約0.34μm;約0.35μm;約0.36μm;約0
.37μm;約0.38μm;約0.39μm;約0.4μm;約0.41μm;約0.42μm;約0.43μm;約0.44μm;約0.45μm;約0.46μm;約0.47μm;約0.48μm;約0.49μm;約0.5μm;約0.55μm;約0.6μm;約0.65μm;約0.7μm;約0.75μm;約0.8μm;約0.85μm;約0.9μm;約0.95μm;もしくは約1μmの粒径モーダル値d(50%)を有する。
(鋼鉄を冷間圧延するための方法)
いくつかの実施形態において、鋼鉄を冷間圧延するための方法が、上記鋼鉄を本明細書に記載されるように、水中油型潤滑剤で潤滑しながら鋼鉄を冷間圧延する工程を包含する。いくつかの実施形態において、鋼鉄を冷間圧延するための方法は、上記鋼鉄を、1μm未満の粒径を有する水中油型潤滑剤で潤滑しながら、上記鋼鉄を冷間圧延する工程を包含する。いくつかの実施形態において、鋼鉄を冷間圧延するための方法は、上記鋼鉄を、約0.5μm以下の粒径を有する水中油型潤滑剤で潤滑しながら、上記鋼鉄を冷間圧延する工程を包含する。
本発明のいくつかの実施形態の方法は、伝統的なエマルジョン(例えば、1μmより大きなもしくは2μmより大きな粒径直径(「PSD」)を有するもの)を使用して鋼鉄を冷間圧延する工程より有利であり得る。なぜなら、本発明の水中油型潤滑流体は、高い安定性、上記圧延された金属表面上のより少ない残存オイル沈着、匹敵するもしくは改善されたフィルム厚、匹敵する非汚染性(anti−staining properties)、および/または鋼鉄を冷間圧延する間の改善された冷却能を提供し得るからである。エマルジョンの「沈着」は、上記油相が上記圧延された金属表面上に吸着する能力を記載するために使用される量;もしくはエマルジョンを噴霧した後に、鋼鉄ストリップ上に残ったオイルの量として定義され得る。
オイルを乳化可能にするために、モノマー性界面活性剤が、伝統的に、比較的低量のポリマー界面活性剤と組み合わせて適用される。このような組み合わせは、小さな粒子を有するエマルジョンを生じ得るが、潤滑レベルは、圧延するためには不十分に低い。理論に拘束されることは望まないが、一般に、モノマー界面活性剤および低量のポリマー界面活性剤で作製された小さな粒径のエマルジョンは、1μmより大きな粒径を有する伝統的なエマルジョンによって示される界面張力と比較して低すぎる界面張力に起因して、十分に厚いフィルムを形成することができないと考えられる。驚くべきことに、ポリマー界面活性剤を使用して調製されかつ小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)を有する水中油型エマルジョンを含む本発明のいくつかの実施形態の潤滑流体は、伝統的なエマルジョン(PSD>1μm)と比較してさらに厚みのあるフィルムを生じた。エマルジョンの上記フィルム形成は、入り口における上記流体の上記界面張力に関連し得る;いくつかの実施形態において、より低い界面張力は、より低いフィルム厚を生じる。鋼鉄冷間圧延プロセスにおいて、本発明のエマルジョンは、上記ローラーへと迅速にスプレーされ得る。いくつかの実施形態において、ゆっくりとした動的界面張力特性を有する分枝状ポリマー界面活性剤は、これら動的な状況下で、高い界面張力を提供し、厚みのあるフィルムをもたらすと考えられる。
本明細書で使用される場合、用語「約」は、参照される値の±10%を意味すると理解される。例えば、「約0.8」は、0.72〜0.88を事実上意味すると理解される。
小さな粒径の水中油型潤滑流体パッケージを、鋼鉄冷間圧延プロセスにおいて提供される場合に、潤滑剤パッケージの性能を高度に予測する、以下を含む上記産業において考慮される一連の実験を使用して評価した:
(a)SODAおよびFalex潤滑試験で評価される本質的な潤滑特性;
(b)4−ボール試験で評価されるEP/耐摩耗特性;
(c)ナノメートル光学干渉計EHD装置との高速高圧EHD接触下で評価される、小さなPSDの水中油型潤滑剤パッケージの潤滑フィルム形成特性;
(d)エマルジョンが上記表面上に高圧でスプレーされる(鋼鉄冷間圧延ミルにおいて通常にかつ一般的に使用される冷却剤スプレーに似ている)場合に、シート表面上で油相を沈着させる特性;
(e)熱安定性およびエバポレーション特性を、熱重量分析TGA装置で試験した;
(g)圧延性能特徴を、4−ハイリバーシングローリングテストミル(4−high reversing rolling test mill)で、種々の製造ミルプロセス、タンデムもしくは逆に相関する試験手順を用いて試験した。
以下の実施例は、本発明の代表的ないくつかの潤滑組成物をより詳細に記載する目的で提供されるに過ぎず、本発明の範囲に対して限定を設定するとみなされることは決してない。
(処方物)
3種の処方物を、実施例において使用するために調製した:
処方物1:
上記油相の組成は、以下のとおりである:
パーム油: 63.05wt%
分枝状ポリマー界面活性剤(MW:3000−70,000): 30.00wt%
Pドナー1: 0.50wt%
Pドナー2: 0.40wt%
Sドナー1: 4.75wt%
トルトリアゾール: 0.10wt%
アルキル化アミノフェノール: 0.20wt%
分枝状脂肪酸: 1.00wt%
合計: 100.00wt%
3wt%の上記油相を、水に分散させた。
PSD:0.13μm。
処方物1 PSD約0.13μmを、図1に、および表1のデータを以下に示す:
表1:PSD0.13μmを有する処方物1のPSD
Figure 2015221911
処方物2:
上記油相の組成は、以下のとおりである:
パーム油: 78.05wt%
分枝状ポリマー界面活性剤(MW:3000−70000): 15.00wt%
Pドナー1: 0.50wt%
Pドナー2: 0.40wt%
Sドナー1: 4.75wt%
トルトリアゾール: 0.10wt%
アルキル化アミノフェノール: 0.20wt%
分枝状脂肪酸: 1.00wt%
合計: 100.00wt%
3wt%の上記油相を、水に分散させた。
PSD:0.45μm。
処方物2 PSD約0.45μmを、図2に、および表2のデータを以下に示す:
表2: PSD d(50%) 0.45μmを有する処方物2のPSD
Figure 2015221911
処方物3:
上記油相の組成は、以下のとおりである:
パーム油: 41.50wt%
分枝状ポリマー界面活性剤(MW:3000−70000): 30.00wt%
PEエステル 15.00wt%
ポリブテン 3.50wt%
脂肪酸 2.25wt%
Pドナー1: 0.50wt%
Sドナー1: 3.00wt%
Sドナー2: 1.00wt%
ベンゾトリアゾール: 0.25wt%
アルキル化アミノフェノール: 0.75wt%
Pドナー2: 1.25wt%
PE複合体エステル: 1.00wt%
合計: 100.00wt%
3wt%の上記油相を、水に分散させた。
PSD:0.17μm。
処方物3 PSD 約0.17μmを図3に、および表3のデータを以下に示す:
表3:PSD d(50%) 0.17μmを有する処方物3のPSD
Figure 2015221911
(実施例1:境界潤滑)
上記小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑流体パッケージの本質的な潤滑特性を、鋼鉄冷間圧延において使用するための潤滑剤の潤滑特性を評価するために一般的に使用される規定された試験手順で、SODA試験およびFalex試験を使用することによって評価した。3種の従来のエマルジョン(PSD≧2μm)潤滑剤パッケージ(良好な性能を有するマルチプロダクション(multiple production)4−スタンド 4−ハイおよび/もしくは5−スタンド 6−ハイタンデムミルおよび/もしくは6−ハイ高速リバーシングミルにおいて広く使用される)の結果を、比較参照として使用した(本明細書中以降、それぞれ、オイル1、オイル2およびオイル3といわれる)。
SODA(50 C):オイルおよび小さなPSD生成物を、全てニート(=100%)で試験した。
Figure 2015221911
*CoF:摩擦係数。
製造ミルにおいて使用される潤滑オイルの大部分は、Soda(50℃)において摩擦係数約0.10〜0.15を有する。処方物1〜3は、この標準範囲内に入る。
Falex:オイルおよび小さなPSD生成物は、全てニート(=100%)である。
Figure 2015221911
上記に示される試験結果から、全ての小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑流体パッケージは、3種の参照と比較して、より良好なもしくは匹敵する本質的な潤滑特性を与える。処方物1〜3は、上記標準範囲内に入る。
(実施例2:極圧)
オイルおよび小さなPSD生成物を、全てニート(=100%)で試験する。
上記小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑流体パッケージのEP潤滑特性を、鋼鉄冷間圧延において使用するための潤滑剤の潤滑特性を評価するために一般に使用される規定された試験手順で、4−ボール試験を使用することによって評価した。繰り返すと、上記3種の参照を、比較目的で使用した。その破壊荷重結果を、以下の表に含める:
Figure 2015221911
極圧(P)結果
上記製造ミルにおいて使用される潤滑オイルの大部分は、4−ボールにおいて600Nを超える破壊荷重を有する。冷間圧延生成物は、一般に、約600N以上の破壊荷重を有する。処方物1〜3は、この標準範囲内に入る。
(実施例3:フィルム厚)
オイルおよび小さなPSD生成物を、3wt%において試験する。
高速高圧EHD接触下での小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑流体の上記フィルム形成特性を、鋼鉄冷間圧延において使用するための潤滑剤のフィルム形成特性を評価するために一般に使用される規定された試験手順で、光干渉装置(干渉計)を使用することによって評価した。参照オイル1および参照オイル2を、比較目的で使用した。
処方物1〜3およびオイル1〜2のフィルム形成結果が、図4に認められ得る。処方物1〜3の上記3% エマルジョンフィルムは、同じ条件下で、オイル1およびオイル2の3% エマルジョンのものより厚みがあった。これら結果は、上記小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑流体が、通常粒径のエマルジョンよりさらに厚みのあるフィルムを形成し得ることを示す。
(実施例4:沈着値)
オイルおよび小さなPSD生成物を、3wt%において試験する。
エマルジョンの上記「沈着」は、オイルが上記鋼鉄表面上に吸着する能力を記載するために使用される量である。上記エマルジョンを、規定される試験手順で高圧スプレーシステムを使用することによって評価した。製造ミルにおいて使用される3種の代表的オイル生成物(上記のオイル1、オイル2およびオイル3)を、比較のために参照として選択した。3% エマルジョンの上記沈着結果を、以下に示す:
Figure 2015221911
沈着結果
処方物1〜3の小さなPSDの水中油型潤滑流体の上記沈着値は、オイル1およびオイ
ル2の通常PSDのエマルジョンのものより低い。処方物1〜3の上記小さなPSDの水中油型潤滑流体は、上記ストリップ上のオイル残渣の量がより低いことが原因で、より低いオイル消費、よりよい冷却能およびより容易な焼き鈍しを有すると予測される。
(実施例5:スタック染み)
オイルおよび小さなPSD生成物を、3wt%において試験する。
上記小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑流体パッケージの非汚染性を、スタック染み試験によって評価した。参照オイル1を、比較目的で使用した。上記結果を図5に示し、処方物1〜3の非汚染性を、オイル1のものに匹敵することを示す。
(実施例6:TGA)
オイルおよび小さなPSD生成物を、全てニート(=100%)で試験する。
熱安定性およびエバポレーション特性を、熱重量分析(TGA)装置で評価した。製造ミルにおいて使用される代表的なオイル(オイル1)を、参照オイルとして再び選択する。上記TGA結果は、以下の表に含まれる:
Figure 2015221911
TGA結果
オイル1の結果は、図6に含められる。処方物1の結果は、図7に含められる。上記結果は、処方物1が、上記TGA試験においてオイル1と同じレベルにあることを示す。
(実施例7:試験ミル)
オイルおよび小さなPSD生成物は、3wt%において試験される。
上記小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑流体パッケージの圧延性能は、種々の製造ミルプロセス、タンデムもしくはリバーシングに相関する試験プロセスで、4−ハイリバーシング圧延試験ミル(Northeast Universityの圧延および自動化のState Key Labから)によって評価した。上記ミルの技術的限界が原因で、2つのプロセスを設計した。プロセス1において、通過5は、より高速のプロセス(4m/s)であり、プロセス2において、通過5は、低速プロセス(1m/s)であり、続いて、通過6は、より薄いゲージへと行く。上記試験手順は、以下に示される:
プロセス1:
Figure 2015221911
結果1:
Figure 2015221911
プロセス2:
Figure 2015221911
結果2:
Figure 2015221911
処方物1および処方物2の上記単位圧延力は、オイル1およびオイル2のものと同じレベルにある。
各通過の後の上記ストリップ温度は、図8および図9に示される。図8は、プロセス1の結果を含む。図9は、プロセス2の結果を含む。
上記結果は、処方物1および処方物2のストリップ温度は、各通過の後のオイル1およびオイル2での圧延後に、上記ストリップ温度より低いことを示す。上記結果は、上記小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑剤(処方物1および処方物2)の冷却濃度が、上記オイル1およびオイル2のエマルジョンのものを超えることを示す。
(実施例8:試験ミル)
さらなる処方物を処方し、圧延性能について試験した。
処方物4:
上記油相の組成は、以下のとおりである:
パーム油: 58.00wt%
分枝状ポリマー界面活性剤(MW:3000−70000): 30.00wt%
脂肪酸: 3.25wt%
Pドナー1: 1.25wt%
Pドナー2: 1.00wt%
Pドナー3: 1.00wt%
Sドナー1: 4.50wt%
ベンゾトリアゾール: 0.25wt%
アルキル化アミノフェノール: 0.75wt%
合計: 100.00wt%
3wt%の上記油相を水に分散させた。
PSD:0.13μm。
処方物4 PSD 約0.13μmを、図10に示す。
表4:PSD d(50%) 0.13μmを有する処方物4のPSD
Figure 2015221911
上記小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑流体パッケージの圧延性能を、幅1450mmを有する4−ハイリバーシング製造ミルによって評価した。上記作業ロール直径は、約350mmである。上記使用されるストリップは、3.1mm厚および1010mm幅を有するSPHCストリップである。
約650トン〜約700トンの一定の圧延力を、全ての通過で制御した。この製造ミルにおいて使用される伝統的なエマルジョン生成物は、比較参照として使用した(「オイル4」といわれる)。
この圧延手順では、改善された潤滑が、6回の通過後のより薄い出口ストリップ厚を生じることが理解される。小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の水中油型潤滑流体パッケージ(処方物4)での3つの試験および参照生成物(オイル4)での2つの試験の結果を、以下の表に示す:
Figure 2015221911
上記結果は、6回の通過後に、上記小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の処方物水中油型潤滑剤(処方物4)は、オイル4のものより薄いストリップ厚を生じることを示す。このような結果は、従来の圧延エマルジョンと比較して製造ミルを回転させるための改善(例えば、改善された潤滑)を示す。
冷感圧延潤滑剤についての他の重要な性能(例えば、焼き鈍しおよび防錆)を、圧延後のコイルで評価した。その結果を以下に示す:
Figure 2015221911
上記結果は、上記小さな粒径(PSD≦1μmもしくはPSD≦0.5μm)の処方物水中油型潤滑剤(処方物4)が、従来の圧延エマルジョンと同様に、焼き鈍しおよび錆の問題を防止することを示す。
本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、以下が提供される。
(項1)
1μm以下の粒径値を有する水中油型エマルジョンを含む、鋼鉄冷間圧延において使用するための水中油型潤滑流体。
(項2)
約0.5μm以下の粒径値を有する水中油型エマルジョンを含む、鋼鉄冷間圧延において使用するための水中油型潤滑流体。
(項3)
水中油型エマルジョンを含む、鋼鉄冷間圧延において使用するための水中油型潤滑流体であって、ここで該水中油型エマルジョンは、
(a)以下を含む、油相:
約5wt%〜約40wt%の少なくとも1種のポリマー界面活性剤、
約25wt%〜約95wt% 基油、および
約0.2wt%〜約10wt% 極圧潤滑添加剤、ならびに
(b)水相、
を含み、
ここで該エマルジョンは、約1μm以下の粒径モーダル値d(50%)を有する油相粒子を含む、
水中油型潤滑流体。
(項4)
前記油相中に約0.5wt%〜約6wt% 機能的添加剤をさらに含む、上記項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項5)
約0.5wt%〜約15wt%の油相を含む、上記項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項6)
少なくとも1種のポリマー界面活性剤は、平均分子量約1,000〜約100,000を有する、上記項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項7)
少なくとも1種のポリマー界面活性剤は、グラフトブロックポリマー界面活性剤を含む、上記項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項8)
少なくとも1種のポリマー界面活性剤は、数平均分子量少なくとも約200を有する疎水性ブロックを含む、上記項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項9)
少なくとも1種のポリマー界面活性剤は、数平均分子量少なくとも約200を有する親水性ブロックを含む、上記項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項10)
前記基油は、天然エステル、合成エステル、ミネラルオイル、もしくはこれらの混合物を含む、上記項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項11)
前記極圧潤滑添加剤は、リンベース、硫黄ベース、もしくはこれらの混合物である、上記
項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項12)
前記油相のうちの少なくとも約50%は、1μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる、上記項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項13)
前記油相のうちの少なくとも約50%は、約0.5μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる、上記項3に記載の水中油型潤滑流体。
(項14)
鋼鉄を冷間圧延するための方法であって、該方法は、該鋼鉄を、1μm以下の粒径値を有する水中油型エマルジョンで潤滑する工程を包含する、方法。
(項15)
鋼鉄を冷間圧延するための方法であって、該方法は、該鋼鉄を、約0.5μm以下の粒径値を有する水中油型エマルジョンで潤滑する工程を包含する、方法。
(項16)
鋼鉄を冷間圧延するための方法であって、該方法は、該鋼鉄を、水中油型エマルジョンを含む潤滑流体で潤滑する工程を包含し、ここで該エマルジョンは、
(a)以下を含む油相:
約5wt%〜約40wt%の少なくとも1種のポリマー界面活性剤、
約25wt%〜約95wt% 基油、
約0.2wt%〜約10wt% 極圧潤滑添加剤、および
約0.5wt%〜約6wt% 他の機能的添加剤;ならびに
(b)水相、
を含む、方法。
(項17)
前記エマルジョンは、約1μm以下の粒径モーダル値d(50%)を有する油相粒子を含む、上記項16に記載の方法。
(項18)
前記潤滑流体は、前記油相中に約0.5wt%〜約6wt% 機能的添加剤をさらに含む、上記項16に記載の方法。
(項19)
前記潤滑流体は、約0.5wt%〜約15wt%の油相を含む、上記項16に記載の方法。
(項20)
少なくとも1種のポリマー界面活性剤は、平均分子量約1,000〜約100,000を有する、上記項16に記載の方法。
(項21)
少なくとも1種のポリマー界面活性剤は、グラフトブロックポリマー界面活性剤を含む、上記項16に記載の方法。
(項22)
少なくとも1種のポリマー界面活性剤は、数平均分子量少なくとも約200を有する疎水性ブロックを含む、上記項16に記載の方法。
(項23)
少なくとも1種のポリマー界面活性剤は、数平均分子量少なくとも約200を有する親水性ブロックを含む、上記項16に記載の方法。
(項24)
前記基油は、天然エステル、合成エステル、ミネラルオイル、もしくはこれらの混合物を含む、上記項16に記載の方法。
(項25)
前記極圧潤滑添加剤は、リンベース、硫黄ベース、もしくはこれらの混合物である、上記項16に記載の方法。
(項26)
前記油相のうちの少なくとも約50%は、1μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる、上記項16に記載の方法。
(項27)
前記油相のうちの少なくとも約50%は、約0.5μm未満のサイズを有する粒子中に含まれる、上記項16に記載の方法。

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