JP3124454B2 - 鋼材の熱間圧延用潤滑剤組成物及び鋼材の熱間圧延方法 - Google Patents

鋼材の熱間圧延用潤滑剤組成物及び鋼材の熱間圧延方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼の熱間圧延に際し、
熱間圧延ロール表面の酸化膜(黒皮)の生成を抑制する
ことを目的に開発された熱間圧延用潤滑剤組成物に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、鉄鋼製品の熱間圧延プロセスに用
いられるロールには、高クロム鋳鉄、アダマイト鋳鉄、
ニッケルグレーン鋳鉄製のロールが主に用いられてき
た。これらのロールは、近年、これらのロールよりも更
に耐摩耗性・耐肌荒れ性を向上させた高炭素高合金鋳鉄
ロール(特開昭58−87249号公報)に代わりつつ
ある。
【0003】これらのロールを熱間圧延プロセスで使用
すると、ロールの表面に黒皮と呼ばれる酸化鉄を主成分
とした皮膜が形成する。この黒皮は、圧延ロール自身が
酸化した皮膜と、圧延材の表面スケール(酸化膜)が転
着した皮膜から成るといわれている。特に、黒皮の成長
(膜厚の増大)には圧延材表面からのスケール転着が大
きく影響する。黒皮は、ロールの耐摩耗性を著しく改
善する、断熱材の役目を果たし、圧延ロールの温度上
昇を緩和する、圧延ロールと圧延材との溶着などによ
る焼き付きを防止し圧延材の品質低下を防ぐ、という特
性を有している。ホウ酸塩を鉄鋼製品の熱間圧延プロセ
スに用いる方法として、特公平5−16924号には、
傾斜圧延機にて継目無し鋼管の穿孔・減肉延伸圧延を行
うに際し、被圧延材と当接するガイドシューの表面に水
溶性のホウ酸塩を含有する焼付防止剤を供給し、被膜を
形成させつつ圧延することを特徴とする継目無し鋼管の
傾斜圧延方法が開示されている。
【0004】しかしながら、ロールの表面に生成する黒
皮は、前述の効果がある反面、圧延中に黒皮の一部が剥
離し、黒皮残存部と黒皮剥離部の段差が生じ、これが圧
延材に転写されて製品の表面品位を著しく低下させる問
題や、剥離したところに圧延材が焼き付き、製品の表面
品位を低下させるだけでなく、ロール寿命も低下させる
という問題が生じる。特に、近年適用が進んでいる高炭
素高合金鋳鉄ロールに関しては、ロール素材の耐摩耗性
が非常に高く、黒皮に頼らなくても従来ロール以上の耐
摩耗性を得ることが出来るため、黒皮の剥離が寿命延長
の妨げになっている。一般に、黒皮剥離は膜厚が厚くな
るほど発生しやすいといわれており、黒皮剥離を防止す
るには黒皮の膜厚をある程度薄くしなければならない。
一方、黒皮生成を抑制しすぎるとロール素材が露出して
焼き付きの起点となりやすく、ロールの黒皮はある程度
の膜厚を保ちながら安定して生成・維持させることが望
ましい。こうした観点から従来技術をみると、特開平5
−306397号や特開平6−200282号に開示さ
れている技術は、黒皮の生成抑制に効果は有するが、十
分な耐焼き付き性を有するものではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、黒皮剥離を防止するために黒皮の成長を極力抑制
し、かつ、焼き付きの発生を防止することができる熱間
圧延用潤滑剤組成物を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、基油に、ホウ
酸および/またはホウ酸塩のオイルサスペンションを1
0重量%以上含有させたことを特徴とする熱間圧延用潤
滑剤組成物を提供するものである。上記課題を解決する
ため本発明者らは、ロール表面にホウ素化合物の潤滑皮
膜を形成させ、ロールの表面酸化を防止するとともに、
黒皮の膜厚増大に影響の大きい圧延材からのスケールの
転着を防止して黒皮生成を抑え、さらにホウ素化合物の
潤滑膜で焼き付きを防止出来ると考え、鋼の熱間圧延に
用いられるロールの表面に、基油中にホウ酸および/ま
たはホウ酸塩のオイルサスペンションを10重量%以上
含有する潤滑剤組成物を供給し、ロール表面にホウ素化
合物の潤滑膜を形成させることにより、黒皮生成を極力
抑制して、焼き付きを防止出来ると考え、その効果を確
認し、本発明を完成するに至った。
【0007】本発明で使用できるホウ酸の塩としては、
カリウム塩、ナトリウム塩、リチウム塩、アルカノール
アミン塩等が挙げられる。本発明においてホウ酸および
/またはホウ酸塩のオイルサスペンション中のホウ素含
有率は、好ましくは3重量%以上、さらに好ましくは5
重量%〜10重量%である。添加量が3重量%未満では
潤滑剤中のホウ素含有量が少な過ぎてホウ素化合物の皮
膜形成が不充分となり、良好な潤滑性・黒皮生成抑制能
が得られないことがある。また添加量が10重量%を越
えると、オイル中の固体分が多くなりスラリー状となり
製品の原液安定性が劣るため好ましくない。本発明に用
いるホウ酸および/またはホウ酸塩のオイルサスペンシ
ョン、例えば、ホウ酸および/またはホウ酸カリウムの
オイルサスペンションとしては、市販品、例えば、シェ
ブロン(Chevron)社のOLOA9750等が挙
げられる。本発明で使用可能な基油としては、スピンド
ル油、マシン油、ダイナモ油、モーター油、シリンダー
油、ブライトストック等の中質および重質鉱油;牛脂、
ラード、鯨油、パーム油、ヤシ油、ナタネ油、米ヌカ
油、大豆油等の動植物油脂;8〜22個の炭素原子を有
する脂肪酸と1価および多価アルコールのエステル;α
−オレフィン、ポリブテン、シリコーン油、フッ素油等
の合成油;およびこれらの混合油が挙げられる。
【0008】本発明の潤滑剤は、固有の動粘度が40℃
で1000 mm2/s以下、好ましくは、500 mm2/s
以下であることが好ましい。この理由は、一般に潤滑剤
供給用として用いられるポンプはギヤー方式やプランジ
ャー方式であり、このタイプのポンプは潤滑剤の粘度が
高すぎる場合吸入不良や圧力損失の増加により給油が不
能になり潤滑剤をロールに安定供給することが出来なく
なるからである。本発明は、ホウ酸および/またはホウ
酸塩のオイルサスペンションを利用した点で、特公平5
−16924号とは全く異なった技術である。なお、本
発明の潤滑剤には、イオウ系化合物、リン系化合物、塩
素系化合物、有機金属化合物のような極圧剤;パルミチ
ン酸、ステアリン酸、オレイン酸のような高級脂肪酸や
ダイマー酸等の重合酸;ポリイソブチレン、アクリル酸
系コポリマーのようなポリマー等を添加し、潤滑性や付
着性の向上を計ることができる。
【0009】
【作用】本発明の構成と作用について説明する。本発明
の潤滑剤は、基油にホウ酸および/またはホウ酸塩のオ
イルサスペンションを加えてなる物である。ホウ酸およ
び/またはホウ酸塩の作用機構の詳細は不明であるが、
本発明者らは以下の様に考えている。第1の作用は、ガ
ラス状のホウ素化合物によるロールの酸化防止である。
すなわち、ロールバイト内に導入されたホウ酸および/
またはホウ酸塩のオイルサスペンションは高温の圧延材
と接触しホウ酸および/またはホウ酸塩を遊離する。こ
れらのホウ素化合物は、高温・高圧下で種々の化学変化
を起こし、最終的にロール表面に潤滑性に優れるガラス
状のホウ素化合物の皮膜を形成する。この皮膜は、ロー
ル表面への酸素の供給を阻害するためロール自身の酸化
を防ぎ黒皮の生成を抑制する。
【0010】第2の作用は、ガラス状のホウ素化合物に
よるスケールの転着防止である。すなわち、ロールバイ
ト内で生成したガラス状のホウ素化合物の皮膜は、ロー
ルバイトを通過後、大量のロール冷却水にさらされる。
一般に、ホウ素化合物は水に可溶であることより、この
皮膜もロール冷却水により容易に流失される。その際圧
延材から転着されたスケールをも一緒に流失させてしま
うため黒皮の成長が防止される。第3の作用は、ガラス
状のホウ素化合物による焼き付き防止である。すなわ
ち、ガラス状のホウ素化合物は従来の潤滑剤で得られる
潤滑膜よりも耐熱性に優れているため、高温でも潤滑膜
の破断が発生しにくく、黒皮がほとんど生成していない
ロールと材料の焼き付きを防止することが出来る。
【0011】本発明においてホウ酸および/またはホウ
酸塩のオイルサスペンションの添加量が10重量%未満
ではホウ素化合物の皮膜形成が不充分となり良好な潤滑
性・黒皮生成抑制能が得られない。本発明の潤滑剤の製
造方法は一般的な手法でよく、一例をあげれば、攪拌機
を有するステンレス製の加熱・混合釜に、基油とホウ酸
および/またはホウ酸塩のオイルサスペンションを所定
の重量比率で投入し、50〜60℃で0.5〜2.0時間、
均一になるまで攪拌することにより製造できる。
【発明の効果】本発明の潤滑剤組成物を利用することに
より、熱間圧延ロール表面の黒皮成長を極力抑制し、か
つ、ロールと圧延材の焼き付きを防止することができ
る。
【0012】
【実施例】
実施例1〜12、比較例1〜3 基油およびホウ酸および/またはホウ酸カリウムのオイ
ルサスペンションを表1に示す重量比率で配合し、攪拌
機を有するステンレス製の加熱・混合釜中、60℃で1
時間、均一になるまで攪拌し、実施例1〜12、比較例
1〜3の潤滑剤組成物を作成した。これらの組成物につ
いて、次に示す試験方法で性能を評価し、得られた結果
を表1に併記した。 (性能試験方法) 黒皮生成試験 熱間転動摩耗試験機(図1)を用いて、ロール材に相当
する試験片の表面に生成する黒皮の膜厚を、試験後に試
験片を切断して断面を観察することにより測定した。黒
皮生成試験に用いた潤滑剤および生成した黒皮の膜厚を
表1に示す。試験条件は以下のとおりである。 (試験条件) 試験片;高炭素高合金鋳鉄ロール 相手片;S45C 押し付け荷重;50kgf 回転速度;500rpm すべり率;5% 試験片表面温度;650℃ 相手片表面温度;900℃ 転動回数;2000回 潤滑剤供給量;200ml/分 潤滑剤の供給はウォーターインジェクション方式の供給
装置で行い、潤滑剤と水の混合割合は潤滑剤1に対して
水を99とした。その潤滑剤と水の混合液体を毎分20
0ml試験片に供給した。 E−12型熱間潤滑性試験 E−12型熱間潤滑性試験機の原理は、両端を固定後誘
導加熱した試験片を給油しながらロールではさみ、すべ
り潤滑し、各種潤滑剤の耐焼き付き性を調べ潤滑性の評
価を行うものである。 (a) 型式;2段式滑り潤滑試験機 (b) ロール寸法;直径124mm×長さ80mm (c) ロール材質;高炭素高合金鋳鉄ロール (d) ロール回転数;100rpm (e) 試験片材質;SS400(縦20mm×横20mm×長
さ580mm) (f) 試験片温度;1000℃ (g) 負荷荷重; 500〜4000kgf(500 kgf単位で荷
重を増加) (h) 潤滑剤供給方法;エアーアトマイズ(5ml/分)
【0013】
【表1】 表 1 ────────────────────────────────── 実 施 例 1 2 3 4 5 6 7 8 潤滑剤の組成 重量% ホウ酸のオイルサスペン ション(ホウ素8wt%) 10 - - - - - - - ホウ酸カリウムのオイルサスヘ゜ンション (ホウ素6wt%) - 10 - - - - - - ホウ酸/ホウ酸カリウムのオイルサスヘ゜ンション (ホウ素 7.6wt%) - - 10 30 50 100 30 30 精製鉱油(ISO VG46) 90 90 90 70 50 - - 50 トリメチロールフ゜ロハ゜ントリオレート - - - - - - 70 20 硫化ラード - - - - - - - - リン酸トリクレジル - - - - - - - - オレイン酸 - - - - - - - - ポリイソブチレン - - - - - - - - 潤滑剤の動粘度(40℃,mm2/s) 50 55 55 65 80 105 60 62 黒皮厚さ(μm)*1 1 1 1 0.7 0.5 0.3 0.6 0.5 潤滑性試験(耐荷重性)(×103 (kgf)) 2.5 2.5 3.0 3.5 4.0 4.0 3.5 3.5 *1)試験後の試験材表面をXRDにて分析したところ、黒皮成分はFe2 3 ,Fe3 4 ,FeCr2 4 が主体であり、この結果は実機の 黒皮分析結果と類似していた。 *2)市販熱間圧延油 *3)水のみ
【0014】
【表2】 表 1(続き) ────────────────────────────────── 実 施 例 比較例 9 10 11 12 1 2*2 3*3 潤滑剤の組成 重量% ホウ酸のオイルサスペン ション(ホウ素8wt%) - - - - - - - ホウ酸カリウムのオイルサスヘ゜ンション (ホウ素6wt%) - - - - - - - ホウ酸/ホウ酸カリウムのオイルサスヘ゜ンション (ホウ素 7.6wt%) 50 50 50 50 5 - - 精製鉱油(ISO VG46) 47 47 47 49 95 - - トリメチロールフ゜ロハ゜ントリオレート - - - - - - - 硫化ラード 3 - - - - - - リン酸トリクレジル - 3 - - - - - オレイン酸 - - 3 - - - - ポリイソブチレン - - - 1 - - - 潤滑剤の動粘度(40℃,mm2/s) 85 79 78 87 50 80 1> 黒皮厚さ(μm)*1 0.5 0.5 0.5 0.5 3 8 10< 潤滑性試験(耐荷重性) (×103 (kgf)) 4.0 4.0 4.0 4.0 2.0 2.5 0.5> *1)試験後の試験材表面をXRDにて分析したところ、黒皮成分はFe2 3 ,Fe3 4 ,FeCr2 4 が主体であり、この結果は実機の 黒皮分析結果と類似していた。 *2)市販熱間圧延油 *3)水のみ
【図面の簡単な説明】
【図1】黒皮生成試験に使用した熱間転動摩耗試験機の
概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C10N 40:24 (72)発明者 山本 普康 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社技術開発本部内 (72)発明者 井上 剛 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社技術開発本部内 (72)発明者 白田 昌敬 神奈川県藤沢市辻堂神台1丁目4番1号 協同油脂株式會社内 (72)発明者 榊原 正義 東京都中央区銀座2丁目16番7号 協同 油脂株式會社内 (72)発明者 上屋舗 宏 神奈川県藤沢市辻堂神台1丁目4番1号 協同油脂株式會社内 (72)発明者 伊原 肇 神奈川県藤沢市辻堂神台1丁目4番1号 協同油脂株式會社内 (56)参考文献 特開 昭52−140448(JP,A) 特開 平4−220103(JP,A) 特開 平2−30311(JP,A) 特開 昭56−79193(JP,A) 特開 平5−339589(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10M 125/26 B21B 27/10 C10N 40:24 WPI/L(QUESTEL)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基油に、ホウ酸および/またはホウ酸塩
    のオイルサスペンションを10重量%以上含有させたこ
    とを特徴とする熱間圧延用潤滑剤組成物。
  2. 【請求項2】 基油が、鉱油、合成油、油脂および合成
    エステルの1種または2種以上の混合物であることを特
    徴とする請求項記載の熱間圧延用潤滑剤組成物。
  3. 【請求項3】 ホウ酸および/またはホウ酸塩のオイル
    サスペンション中のホウ素含有量が5重量%以上である
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の熱間圧延用潤滑
    剤組成物。
  4. 【請求項4】 潤滑剤組成物の動粘度が、40℃において
    1000 mm2/S以下であることを特徴とする請求項1又は2
    又は3記載の熱間圧延用潤滑剤組成物。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項記載の潤滑
    剤組成物をロールに供給しながら鋼材を熱間圧延するこ
    とを特徴とする鋼材の熱間圧延方法。
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