JP4140937B2 - 熱間圧延ロール用固形状潤滑剤及び該固形状潤滑剤を使用する熱間圧延方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、炭素鋼或いはステンレス鋼やチタン等の鋼板、条鋼、例えばＨ型鋼、Ｌ型鋼、山型鋼等、或いは、チタンの熱間圧延に使用する固形潤滑剤に関し、更に詳しくは、熱間圧延に於ける上記の各種被圧延材の表面特性或いは圧延ロールの耐摩耗性や耐疵性に、優れた効果を発揮する固形潤滑剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来熱間圧延油としては、油脂系圧延油、例えば、牛脂、パーム油、なたね油等を基油とする圧延油、スピンドル油、マシン油などを基油とする鉱物油系圧延油、また、これらの油脂と鉱物油とを混合した基油からなる混合系圧延油が用いられてきた。また、粉末状固体潤滑剤、例えば、炭酸カルシウム、二硫化モリブデン、黒鉛などを鉱物油等の基油に分散させて供給し、使用している。
前者の圧延油は、耐熱性に限界があり、後者は粉末固体に起因して、作業環境を汚染する欠点がある。また、両者とも原液処理性、廃水処理性が必須であり、熱間圧延工程を考えるとき、圧延油の一部燃焼によりガスや煙りが発生するという理由で環境に問題がある。
一方、金属の熱間圧延において、特に、極低炭素鋼やステンレス鋼或いはチタンは普通鋼とは異なり、ロールへの焼き付きに起因する鋼材の表面疵が発生し、商品価値を著しく低下させる。
【０００３】
また、従来から、液状の熱間圧延油をロールに噴射塗布する方法に於いては、ロール冷却水により形成されるロール表面の水膜によって、熱間圧延油をカリバーロールに適用する場合には、局部的に均一に塗布することが困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、低炭素鋼やステンレス鋼の熱間圧延油は、その潤滑性を向上させるために、各種添加剤を配合し、ロールと被圧延材との金属接触を防止し、焼き付きを抑制する方法がとられてきた。
また従来の潤滑油に黒鉛等の粉末状固体潤滑剤を添加して用いる試みがなされているが、基油の選定、潤滑油の供給方法などに、例えば、粉末状固体潤滑剤を基油と共存させることによってノズル詰まりを生じ、操業トラブルの要因ともなるという問題がある。
また、圧延機廻りの汚れや、ロール焼き付きに起因する鋼板、鋼材表面の疵発生の防止策として、従来より、ウオーターインジェクション方式やスチームアトマイズ方式の適用により、潤滑油を使用してきたが、充分な水準まで到達できなかった。
【０００５】
更に詳しくは、熱間圧延油の場合には、圧延ロール表面に、冷却水による水膜が形成され、従来のような、インジェクション方式、或いはアトマイズ方式による潤滑油の供給方法では、ロールへの付着むらが生じ、充分な潤滑効果を得ることができなかった。
本発明はかかる問題を解決し得る潤滑剤を提供するもので、水膜の存在下においても、容易に潤滑剤を強固に付着させ、高効率潤滑圧延とロールの疵発生防止を可能ならしめる固形状潤滑剤を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、極低炭素鋼及びステンレス鋼の潤滑性及び耐ロール疵性に、優れた固形状潤滑剤を熱間圧延ロール表面に押圧塗布して圧延する事を特徴とする。
即ち、本発明は、炭素数が２０〜１００α位に二重結合を有するオレフィンと、亜リン酸、次亜リン酸及びジアルキルホスファイトの少なくとも１種以上とから合成された下記一般式で示されるアルキルホスホン酸誘導体を含有し、且つこれに融点４０℃以上の固形状ワックス及び天然又は合成粉末状固体潤滑剤の少なくとも１種が配合されていると共に、その軟化点が４０〜１３０℃であって、ロールに押圧塗布して使用される熱間圧延ロール用固形潤滑剤。
一般式
【化１】
（但しＲ１は炭素数２０〜１００の直鎖又は分岐アルキル基、Ｒ２及びＲ３は両方又はいずれか一方が水素であり、他方が炭素数１〜１８の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数２〜６のポリオキシアルキレン基、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属を示す。）
であり、更にこれに融点４０℃以上の固形ワックス、天然或いは合成粉末状固体潤滑剤の少なくとも１種が配合された熱間圧延ロール用固形潤滑剤に係るものである。
そして、更に換言すれば、
（１）熱間圧延中のロール表面に押圧塗布して用いる、上記一般式［化１］で表される化合物を含有してなる潤滑剤であって、４０〜１３０℃の軟化点を有し、固形状である事を特徴とする熱間圧延ロール用固形潤滑剤であり、又、
（２）熱間圧延中のロール表面に押圧塗布して用いる、上記一般式［化１］で表される化合物を含有してなる潤滑剤であって、天然或いは合成の粉末状固体潤滑剤を、０．５〜５０重量％を混合し、且つ、４０〜１３０℃の軟化点を有し、固形状である事を特徴とする熱間圧延ロール用固形潤滑剤であり、又、
（３）粉末上固体潤滑剤が、無機化合物であるグラファイト、炭酸カルシウム、天然雲母、合成雲母、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、酸化チタン、或いは有機化合物であるメラミンシアヌレート、シリコンレジンパウダー及びＮ−ラウロイルリシンから選ばれる１種又は２種を用いる事を特徴とする前記（２）に記載の熱間圧延ロール用固形潤滑剤であり、更には又、
（４）熱間圧延中ロール表面に、前記（１）、（２）又は（３）に記載の熱間圧延ロール用固形状潤滑剤を押圧塗布しながら圧延する事を特徴とする熱間圧延方法である。
【０００７】
従来の油状タイプの熱間圧延油は、ロール冷却水により油分のロールへの付着が阻害され、圧延ロールは高温の被圧延材と高圧下状態で接触し、且つ、冷却水によって急冷されることによって、被圧延材と接触するロール表面はヒートクラック、摩耗、肌荒れを大きくし、鋼材表面に悪影響を及ぼす。
これに対して、熱間圧延潤滑剤は、圧延中のロール表面に十分な潤滑被膜を形成し、高温潤滑性及びロールの耐摩耗性、耐疵性に優れるものである。このように、本発明の熱間圧延ロール用固形状潤滑剤は、［化１］で示されるように、分子設計に基づき合成したアルキルホスホン酸誘導体化合物を主成分とした固形状潤滑剤で、従来のリン酸エステルと異なり、熱及び水による分解を受けにくい特性を持ち、熱間圧延での潤滑性に優れた効果を発揮するものである。
【０００８】
【発明の作用】
本発明で使用される固形状の熱間圧延ロール用固形潤滑剤は３０〜１００℃の軟化点を有し、これにワックスを混合して使用することができ、天然ワックスである植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、石油系ワックス及び合成ワックスのいずれもが１種又は２種以上で使用できる。
【０００９】
天然ワックスとしては、植物系ワックスのキャンデリラワックス、カーナバワックス、ワイスオイルワックスなど、動物系ワックスとしては、セラックワックス、鉱物系ワックスとしては、モンタンワックス、オゾケライトセレシンなどが、石油系ワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタンワックス、ペトロラタムワックスなどが例示できる。
【００１０】
合成ワックスとしては、ポリエチレンワックス、各種動植物油に水素添加したワックス、各種脂肪族アミド、脂肪族ケトン、及びモノ、ジ、トリ、ポリの各種アルコールと天然或いは合成の各種脂肪酸、樹脂酸、多塩基酸とのエステル化生成物が使用できる。本発明の目的の固形状潤滑剤は、圧延ロール表面の水膜の存在下においても、潤滑剤のロールへの付着性に優れることが特徴である。
【００１１】
本発明の固形状を保持する［化１］で示されるアルキルホスホン酸誘導体化合物である基剤、又は、これにワックスを共存させた基剤である固形状潤滑剤に、粉末状固体潤滑剤を含有させると、被圧延材と接触する熱間圧延ロール表面での潤滑性がなお一層向上する。
本発明に従って、固形状の基剤に添加する粉末状固体潤滑剤としては、グラファイト、炭酸カルシウム、雲母、窒化ホウ素、及びテイスモ（チタン酸カリウムのウイスカー：大塚化学(株)製）等の無機化合物や、ＭＣＡ（メラミンシアヌレート：三菱油化(株)製）、Ｎ−ラウロイルリシン（味の素(株)製：商品名アミホープＬ）、シリコーンレジンパウダーなどの有機化合物の超微粉体が使用でき、通常その粒径は、０．１〜１０μｍ程度である。
これらの粉末状固体潤滑剤は、１種又は２種以上を混合して添加してもよい。その添加量は本発明の固形状の基剤に又はこれにワックスを共存させた基剤に対し、０．１〜５０重量％である。５０重量％を超えると、必要とする硬さが脆くなり、固形状の強度保持ができなくなり、ロールへの押圧塗布する固形状潤滑剤として使用できなくなる。
【００１２】
本発明に於いては、炭素数２０〜１００個のα位に二重結合を有するオレフィンと、亜リン酸、次亜リン酸及びジアルキルホスファイトとより合成された［化１］で示されるアルキルホスホン酸誘導体を基剤としている。
【００１３】
【化１】
但しＲ１は炭素数２０〜１００の直鎖又は分岐アルキル基、Ｒ２及びＲ３は両方又はいずれか一方が水素であり、他方が炭素数１〜１８の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数２〜６のポリオキシアルキレン基、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属を示す。
【００１４】
本発明に使用するα位に二重結合を有するオレフィンとしては、１−エイコセン、１−ドコセン、１−テトラコセン、１−ヘキサコセン、１−オクタコセン等の炭素数２０〜１００のαオレフィンが例示出来る。炭素数が１００よ大きいと融点が極めて高く、好ましくない。好ましくは、炭素数２０〜６０のα−オレフィンが生成物の融点の点で好ましい。
【００１５】
本発明に於いて使用するジアルキオルホスファイトとしては、ジメチルホスファイト、ジエチルホスファイト、ジイソプロピルホスファイト、ジブチルホスファイト、ジヘキシルホスファイト、ジ−２エチルヘキシルホスファイト、ジシルホスファイト、ジドデシルホスファイト、ジテトラデシルホスファイト、ジヘキサデシルホスファイト、ジオクタデシルホスファイトなどが使用でき、好ましくは、炭素数１〜８のジアルキルホスファイトである。炭素数９以上のジアルキルホスファイトは加水分解を受けやすく、好ましくない。
【００１６】
アルキレンオキサイドとしては、アルキレン基の炭素数が、２〜６のもので、酸化エチレン、酸化プロピレンが好ましい
【００１７】
アルカリ金属、アルカリ土類金属としては、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ等が好ましい。
【００１８】
［化１］で示されるアルキルホスホン酸誘導体化合物を用いた(1)潤滑防錆油組成物（特開平３−２０３９５号）、(2)熱間圧延油組成物（特開平３−２５８８９７号）及び(3)アルミ合金または非鉄金属の塑性加工潤滑剤（特開平５−６５４９３号）が既に開示されているが、これらと本発明における上記［化１］で示される特定化合物を基剤とする熱間圧延ロール用に適用する固形状潤滑剤とは、目的、使用方法、手段など全く異なるものである。
即ち、上記の(1)、(2)及び(3)に示されているのは、いずれの場合も、アルキルホスホン酸誘導体化合物を基油、例えば、鉱油、動植物油、合成エステル等に溶解希釈して、油液状にして、これに極圧添加剤として用いるのに対し、本発明に於いては、その使用形態が全く異なり、固形状を保持することが必須条件であり、それによって、熱間圧延ロール用固形状潤滑剤としての効果を発揮する。
また、［化１］で示される特定化合物を単独で、又はワックスを混合したものを基剤とするが、通常はこれに粉末状固体潤滑剤を添加することで熱間圧延中のロール表面での潤滑性、耐疵性が一層向上する。
このように、開示されている潤滑油としての使用目的、役割、作用などにおいて、本発明は上記(1)〜(3)とは全く異質のものである。
【００１９】
本発明と同じ様なＰ−Ｃ結合を有する参考化合物（以下、本実験例に於いて単に本発明化合物ということがある）は、下記実験例に示す様に、耐加水分解性、特に熱間潤滑に有利な耐熱分解性で優れる。
【００２０】
【実験例】
下記表１に示す有機リン酸の化合物の特性を調べた。
【００２１】
【表１】
【００２２】
＜耐加水分解性＞
試験方法：試料２ｇに１０％ＫＯＨ水溶液１００ｍｌを加え、１時間加熱還流を行い、次いで、エーテル抽出し、油層及び水層のそれぞれリン分を測定した。無機リン化合物の生成度合から、耐加水分解性の指標とした。その結果を、表１に示す。
【００２３】
Ａ化合物
【化２】
【００２４】
Ｂ化合物
【化３】
【００２５】
Ｃ化合物
【化４】
【００２６】
表１より明らかなように、本発明化合物は、市販リン酸エステルに比べ、化学的に安定なことを示している。
これは、リンと結合する原子の違いによるもので、Ｐ−Ｃ結合と、Ｐ−Ｏ−Ｃ結合エネルギーの差によるものである。
【００２７】
＜熱安定性＞
試料１０ｇ、昇温速度５℃／ｍｉｎ．窒素ガス還流下、熱天秤により、減量曲線を測定した。その結果を図１に示す。
【００２８】
図１において、１は本発明化合物Ａ、２は市販リン酸エステルＢ、３は市販リン酸エステルＣを示す。化合物Ａは市販リン酸エステルに比し、熱安定性に優れることが判る。
【００２９】
＜潤滑性＞
化合物Ａ、Ｂ及びＣを、測定温度：４０〜２８０℃、試験球：ＳＵＪ−２（φ３／１６インチ）、試験ピン：ＳＵＪ−２の条件下、曽田式振り子式油性試験機による摩擦係数を測定した。その結果を、図２に示す。但し、図２中１は本発明化合物Ａ、２は市販リン酸エステルＢ、３は市販リン酸エステルＣを示す。
化合物Ａ（曲線１）は市販リン酸エステル（化合物Ｂ及びＣ）に比し、高温域においても、低い摩擦係数を示す。
【００３０】
本発明で使用する上記特定化合物であるアルキルホスホン酸誘導体は、その製法は何ら限定されないが、例えば、次の方法で合成される。
【００３１】
＜合成例＞
炭素数が６〜１００のα位に二重結合を有するオレフィンと亜リン酸、次亜リン酸及びジアルキルホスファイトの少なくとも１種とを、オレフィンに対し、１．０〜２．０モル混合し、触媒として、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリルなどのラジカル開始剤を用い、窒素雰囲気中、６０〜１５０℃、４〜２０時間反応させ、アルキルホスホン酸又はアルキルホスホン酸ジアルキルエステルを得る。またアルキルホスホン酸ジアルキルエステルは、更に、適当な触媒下、例えば、濃塩酸、濃アルカリ水の存在下、加水分解してアルキルホスホン酸モノアルキルエステル又はアルキルホスホン酸を得ることができる。
【００３２】
アルキルホスホン酸にアルキレンオキサイドを付加する場合は、オートクレーブ中に、アルキルホスホン酸又はアルキルホスホン酸モノアルキルエステルを１モル入れ、触媒として、水酸化カリウムなどのアルカリを０．５〜２重量％加え、オートクレーブ中を窒素置換し、撹拌しながら、酸化エチレン、酸化プロピレンなどのアルキレンオキサイドを、０．５〜１０モル圧入し、５０〜２００℃、１〜２０時間反応を行い、必要に応じて、瀘過し、アルキレンオキサイド付加物を得る。
【００３３】
アルカリ金属又はアルカリ土類金属塩にするには、温度計、撹拌機、還流冷却管を取り付けた反応器に、アルキルホスホン酸又はアルキルホスホン酸モノアルキルエステルを１モル入れ、水酸化ナトリウム又は水酸化マグネシウムを０．５〜１．０モル加え、１００〜１５０℃、１〜５時間反応を行い、アルカリ金属又はアルカリ土類金属塩を得る。
前述した合成法に基づいて、本発明に使用するアルキルホスホン酸誘導体化合物を、下記表２に示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】
【実施例】
次に、本発明で使用する固形潤滑剤の実施例を示す。
固形状潤滑剤の基剤として用いる固形状のアルキルホスホン酸誘導体化合物は、合成例で示したように、融点の異なった化合物が得られ、これらを単独で使用することもできるし、あるいは、本発明の化合物と市販品のワックス類を溶融混合し、固形状潤滑剤を使用する温度条件に適した軟化点を有する基剤に調製することができる。
更に、調製した基剤を加温し、溶融状態を保持し、それに粉末固体潤滑剤を添加し、熱間圧延ロールの形状に合った固形状潤滑剤を調製する。
【００３６】
【実施例１】
（固形状潤滑剤１）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．１（融点９２℃）を７０重量部を容器にとり、加熱溶融後、一定温度に保持して、粒径１０〜１３μｍの燐片状黒鉛を、３０重量部加え、よく撹拌しながら、黒鉛を均一に、分散させた溶融物を、目的の形状に作成した金型に流し込み、冷却して、所定の固形状潤滑剤を調製した。
【００３７】
【実施例２】
（固形状潤滑剤２）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．２（融点８２℃）を８０重量部、容器にとり、加熱溶融後、一定温度に保持して、粒径６〜１０μｍの燐片状黒鉛を２０重量部加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００３８】
【実施例３】
（固形状潤滑剤３）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．３（融点１０５℃）を８５重量部、容器にとり、加熱溶融後、粒径１０〜１３μｍの燐片状黒鉛を１５重量部加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００３９】
【実施例４】
（固形状潤滑剤４）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．４（融点９８℃）を８０重量部、容器にとり、加熱溶融後、平均繊維長１０〜２０μｍのチタン酸カリウムウイスカー、６−チタン酸カリウム（大塚化学(株)製）３０重量部加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００４０】
【実施例５】
（固形状潤滑剤５）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．５（融点６０℃）を８０重量部を容器にとり、加熱溶融後、平均繊維長０．０７μｍの炭酸カルシウム２０重量部を加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００４１】
【実施例６】
（固形状潤滑剤６）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．２（融点８２℃）を２０重量部、市販品の融点１４３℃のエチレンビスステアリン酸アマイド６０重量部を容器にとり、混合し、この混合物の融点である１２４℃以上に、加熱溶融後、平均粒径０．２５μｍのルチル形酸化チタン２０重量部加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００４２】
【実施例７】
（固形状潤滑剤７）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．５（融点６０℃）を４０重量部に、市販品の融点１５８℃のエチレンビスラウリン酸アマイド３０重量部を混合したものを容器にとり、この混合物の融点である９０℃以上に加熱溶融後、平均粒径０．６〜２．３μｍのメラミンシアヌレート（日産化学工業製）３０重量部を加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００４３】
【実施例８】
（固形状潤滑剤８）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．６（融点４２℃）を３５重量部に、市販品の融点６９℃のパラフィンワックス３５重量部を混合したものを容器にとり、この混合物の融点である５５℃以上に加熱溶融後、粒径１０〜１３μｍの燐片状黒鉛を３０重量部加え、よく撹拌しながら黒鉛を均一に分散させた溶融物を、目的の形状に作成した金型に流し込み、冷却して所定の固形状固体潤滑剤を調製した。
【００４４】
【実施例９】
（固形状潤滑剤９）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．７（融点８８℃）を５０重量部、市販品の融点１４３℃のエチレンビスステアリン酸アマイド３０重量部を混合したものを容器にとり、この混合物の融点である１１０℃以上に加熱溶融後、平均粒径０．２５μｍのルチル形酸化チタン２０重量部加え、よく撹拌しながら該チタンを均一に分散させた溶融物を、目的の形状に作成した金型に流し込み、冷却して所定の固形状固体潤滑剤を調製した。
【００４５】
本発明の固形状潤滑剤を図３に示すＨ型鋼の熱間圧延への実施態様を、次に説明する。図３において、固形状潤滑剤(3)はエアーシリンダー(1)の先端の取り付け治具(2)に固定し、Ｈ型鋼熱間圧延用の上ロール(4)及び下ロール(5)側面に、０．５〜１．０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で押し付けることにより、ロール冷却水による影響を受けることなく、均一な潤滑被膜を形成させる。尚(6)はＨ型鋼である。
【００４６】
本発明固形状潤滑剤１〜７を実際にＨ型鋼の熱間圧延に使用した時のロール表面疵発生状況を、下記表３に示す。
【００４７】
【表３】
【００４８】
上記本発明の固形状潤滑剤を使用することによって、Ｈ型鋼用熱間圧延ロール表面疵の発生が無く、本発明固形状潤滑剤は優れた効果を示すことが判る。
次に、比較例に使用した固形状潤滑剤を、下記表４に示す。
【００４９】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は各種リン化合物の熱安定性を測定した結果を示すグラフである。
【図２】図２は各種リン化合物の潤滑性（摩擦係数）を測定した結果を示すグラフである。
【図３】図３はＨ型鋼の熱間圧延方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１．エアシリンダー
２．取り付け治具
３．固形潤滑剤
４．仕上げ圧延用上ロール
５．仕上げ圧延用下ロール
６．Ｈ型鋼
【発明が属する技術分野】
本発明は、炭素鋼或いはステンレス鋼やチタン等の鋼板、条鋼、例えばＨ型鋼、Ｌ型鋼、山型鋼等、或いは、チタンの熱間圧延に使用する固形潤滑剤に関し、更に詳しくは、熱間圧延に於ける上記の各種被圧延材の表面特性或いは圧延ロールの耐摩耗性や耐疵性に、優れた効果を発揮する固形潤滑剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来熱間圧延油としては、油脂系圧延油、例えば、牛脂、パーム油、なたね油等を基油とする圧延油、スピンドル油、マシン油などを基油とする鉱物油系圧延油、また、これらの油脂と鉱物油とを混合した基油からなる混合系圧延油が用いられてきた。また、粉末状固体潤滑剤、例えば、炭酸カルシウム、二硫化モリブデン、黒鉛などを鉱物油等の基油に分散させて供給し、使用している。
前者の圧延油は、耐熱性に限界があり、後者は粉末固体に起因して、作業環境を汚染する欠点がある。また、両者とも原液処理性、廃水処理性が必須であり、熱間圧延工程を考えるとき、圧延油の一部燃焼によりガスや煙りが発生するという理由で環境に問題がある。
一方、金属の熱間圧延において、特に、極低炭素鋼やステンレス鋼或いはチタンは普通鋼とは異なり、ロールへの焼き付きに起因する鋼材の表面疵が発生し、商品価値を著しく低下させる。
【０００３】
また、従来から、液状の熱間圧延油をロールに噴射塗布する方法に於いては、ロール冷却水により形成されるロール表面の水膜によって、熱間圧延油をカリバーロールに適用する場合には、局部的に均一に塗布することが困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、低炭素鋼やステンレス鋼の熱間圧延油は、その潤滑性を向上させるために、各種添加剤を配合し、ロールと被圧延材との金属接触を防止し、焼き付きを抑制する方法がとられてきた。
また従来の潤滑油に黒鉛等の粉末状固体潤滑剤を添加して用いる試みがなされているが、基油の選定、潤滑油の供給方法などに、例えば、粉末状固体潤滑剤を基油と共存させることによってノズル詰まりを生じ、操業トラブルの要因ともなるという問題がある。
また、圧延機廻りの汚れや、ロール焼き付きに起因する鋼板、鋼材表面の疵発生の防止策として、従来より、ウオーターインジェクション方式やスチームアトマイズ方式の適用により、潤滑油を使用してきたが、充分な水準まで到達できなかった。
【０００５】
更に詳しくは、熱間圧延油の場合には、圧延ロール表面に、冷却水による水膜が形成され、従来のような、インジェクション方式、或いはアトマイズ方式による潤滑油の供給方法では、ロールへの付着むらが生じ、充分な潤滑効果を得ることができなかった。
本発明はかかる問題を解決し得る潤滑剤を提供するもので、水膜の存在下においても、容易に潤滑剤を強固に付着させ、高効率潤滑圧延とロールの疵発生防止を可能ならしめる固形状潤滑剤を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、極低炭素鋼及びステンレス鋼の潤滑性及び耐ロール疵性に、優れた固形状潤滑剤を熱間圧延ロール表面に押圧塗布して圧延する事を特徴とする。
即ち、本発明は、炭素数が２０〜１００α位に二重結合を有するオレフィンと、亜リン酸、次亜リン酸及びジアルキルホスファイトの少なくとも１種以上とから合成された下記一般式で示されるアルキルホスホン酸誘導体を含有し、且つこれに融点４０℃以上の固形状ワックス及び天然又は合成粉末状固体潤滑剤の少なくとも１種が配合されていると共に、その軟化点が４０〜１３０℃であって、ロールに押圧塗布して使用される熱間圧延ロール用固形潤滑剤。
一般式
【化１】
であり、更にこれに融点４０℃以上の固形ワックス、天然或いは合成粉末状固体潤滑剤の少なくとも１種が配合された熱間圧延ロール用固形潤滑剤に係るものである。
そして、更に換言すれば、
（１）熱間圧延中のロール表面に押圧塗布して用いる、上記一般式［化１］で表される化合物を含有してなる潤滑剤であって、４０〜１３０℃の軟化点を有し、固形状である事を特徴とする熱間圧延ロール用固形潤滑剤であり、又、
（２）熱間圧延中のロール表面に押圧塗布して用いる、上記一般式［化１］で表される化合物を含有してなる潤滑剤であって、天然或いは合成の粉末状固体潤滑剤を、０．５〜５０重量％を混合し、且つ、４０〜１３０℃の軟化点を有し、固形状である事を特徴とする熱間圧延ロール用固形潤滑剤であり、又、
（３）粉末上固体潤滑剤が、無機化合物であるグラファイト、炭酸カルシウム、天然雲母、合成雲母、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、酸化チタン、或いは有機化合物であるメラミンシアヌレート、シリコンレジンパウダー及びＮ−ラウロイルリシンから選ばれる１種又は２種を用いる事を特徴とする前記（２）に記載の熱間圧延ロール用固形潤滑剤であり、更には又、
（４）熱間圧延中ロール表面に、前記（１）、（２）又は（３）に記載の熱間圧延ロール用固形状潤滑剤を押圧塗布しながら圧延する事を特徴とする熱間圧延方法である。
【０００７】
従来の油状タイプの熱間圧延油は、ロール冷却水により油分のロールへの付着が阻害され、圧延ロールは高温の被圧延材と高圧下状態で接触し、且つ、冷却水によって急冷されることによって、被圧延材と接触するロール表面はヒートクラック、摩耗、肌荒れを大きくし、鋼材表面に悪影響を及ぼす。
これに対して、熱間圧延潤滑剤は、圧延中のロール表面に十分な潤滑被膜を形成し、高温潤滑性及びロールの耐摩耗性、耐疵性に優れるものである。このように、本発明の熱間圧延ロール用固形状潤滑剤は、［化１］で示されるように、分子設計に基づき合成したアルキルホスホン酸誘導体化合物を主成分とした固形状潤滑剤で、従来のリン酸エステルと異なり、熱及び水による分解を受けにくい特性を持ち、熱間圧延での潤滑性に優れた効果を発揮するものである。
【０００８】
【発明の作用】
本発明で使用される固形状の熱間圧延ロール用固形潤滑剤は３０〜１００℃の軟化点を有し、これにワックスを混合して使用することができ、天然ワックスである植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、石油系ワックス及び合成ワックスのいずれもが１種又は２種以上で使用できる。
【０００９】
天然ワックスとしては、植物系ワックスのキャンデリラワックス、カーナバワックス、ワイスオイルワックスなど、動物系ワックスとしては、セラックワックス、鉱物系ワックスとしては、モンタンワックス、オゾケライトセレシンなどが、石油系ワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタンワックス、ペトロラタムワックスなどが例示できる。
【００１０】
合成ワックスとしては、ポリエチレンワックス、各種動植物油に水素添加したワックス、各種脂肪族アミド、脂肪族ケトン、及びモノ、ジ、トリ、ポリの各種アルコールと天然或いは合成の各種脂肪酸、樹脂酸、多塩基酸とのエステル化生成物が使用できる。本発明の目的の固形状潤滑剤は、圧延ロール表面の水膜の存在下においても、潤滑剤のロールへの付着性に優れることが特徴である。
【００１１】
本発明の固形状を保持する［化１］で示されるアルキルホスホン酸誘導体化合物である基剤、又は、これにワックスを共存させた基剤である固形状潤滑剤に、粉末状固体潤滑剤を含有させると、被圧延材と接触する熱間圧延ロール表面での潤滑性がなお一層向上する。
本発明に従って、固形状の基剤に添加する粉末状固体潤滑剤としては、グラファイト、炭酸カルシウム、雲母、窒化ホウ素、及びテイスモ（チタン酸カリウムのウイスカー：大塚化学(株)製）等の無機化合物や、ＭＣＡ（メラミンシアヌレート：三菱油化(株)製）、Ｎ−ラウロイルリシン（味の素(株)製：商品名アミホープＬ）、シリコーンレジンパウダーなどの有機化合物の超微粉体が使用でき、通常その粒径は、０．１〜１０μｍ程度である。
これらの粉末状固体潤滑剤は、１種又は２種以上を混合して添加してもよい。その添加量は本発明の固形状の基剤に又はこれにワックスを共存させた基剤に対し、０．１〜５０重量％である。５０重量％を超えると、必要とする硬さが脆くなり、固形状の強度保持ができなくなり、ロールへの押圧塗布する固形状潤滑剤として使用できなくなる。
【００１２】
本発明に於いては、炭素数２０〜１００個のα位に二重結合を有するオレフィンと、亜リン酸、次亜リン酸及びジアルキルホスファイトとより合成された［化１］で示されるアルキルホスホン酸誘導体を基剤としている。
【００１３】
【化１】
【００１４】
本発明に使用するα位に二重結合を有するオレフィンとしては、１−エイコセン、１−ドコセン、１−テトラコセン、１−ヘキサコセン、１−オクタコセン等の炭素数２０〜１００のαオレフィンが例示出来る。炭素数が１００よ大きいと融点が極めて高く、好ましくない。好ましくは、炭素数２０〜６０のα−オレフィンが生成物の融点の点で好ましい。
【００１５】
本発明に於いて使用するジアルキオルホスファイトとしては、ジメチルホスファイト、ジエチルホスファイト、ジイソプロピルホスファイト、ジブチルホスファイト、ジヘキシルホスファイト、ジ−２エチルヘキシルホスファイト、ジシルホスファイト、ジドデシルホスファイト、ジテトラデシルホスファイト、ジヘキサデシルホスファイト、ジオクタデシルホスファイトなどが使用でき、好ましくは、炭素数１〜８のジアルキルホスファイトである。炭素数９以上のジアルキルホスファイトは加水分解を受けやすく、好ましくない。
【００１６】
アルキレンオキサイドとしては、アルキレン基の炭素数が、２〜６のもので、酸化エチレン、酸化プロピレンが好ましい
【００１７】
アルカリ金属、アルカリ土類金属としては、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ等が好ましい。
【００１８】
［化１］で示されるアルキルホスホン酸誘導体化合物を用いた(1)潤滑防錆油組成物（特開平３−２０３９５号）、(2)熱間圧延油組成物（特開平３−２５８８９７号）及び(3)アルミ合金または非鉄金属の塑性加工潤滑剤（特開平５−６５４９３号）が既に開示されているが、これらと本発明における上記［化１］で示される特定化合物を基剤とする熱間圧延ロール用に適用する固形状潤滑剤とは、目的、使用方法、手段など全く異なるものである。
即ち、上記の(1)、(2)及び(3)に示されているのは、いずれの場合も、アルキルホスホン酸誘導体化合物を基油、例えば、鉱油、動植物油、合成エステル等に溶解希釈して、油液状にして、これに極圧添加剤として用いるのに対し、本発明に於いては、その使用形態が全く異なり、固形状を保持することが必須条件であり、それによって、熱間圧延ロール用固形状潤滑剤としての効果を発揮する。
また、［化１］で示される特定化合物を単独で、又はワックスを混合したものを基剤とするが、通常はこれに粉末状固体潤滑剤を添加することで熱間圧延中のロール表面での潤滑性、耐疵性が一層向上する。
このように、開示されている潤滑油としての使用目的、役割、作用などにおいて、本発明は上記(1)〜(3)とは全く異質のものである。
【００１９】
本発明と同じ様なＰ−Ｃ結合を有する参考化合物（以下、本実験例に於いて単に本発明化合物ということがある）は、下記実験例に示す様に、耐加水分解性、特に熱間潤滑に有利な耐熱分解性で優れる。
【００２０】
【実験例】
下記表１に示す有機リン酸の化合物の特性を調べた。
【００２１】
【表１】
＜耐加水分解性＞
試験方法：試料２ｇに１０％ＫＯＨ水溶液１００ｍｌを加え、１時間加熱還流を行い、次いで、エーテル抽出し、油層及び水層のそれぞれリン分を測定した。無機リン化合物の生成度合から、耐加水分解性の指標とした。その結果を、表１に示す。
【００２３】
Ａ化合物
【化２】
Ｂ化合物
【化３】
Ｃ化合物
【化４】
表１より明らかなように、本発明化合物は、市販リン酸エステルに比べ、化学的に安定なことを示している。
これは、リンと結合する原子の違いによるもので、Ｐ−Ｃ結合と、Ｐ−Ｏ−Ｃ結合エネルギーの差によるものである。
【００２７】
＜熱安定性＞
試料１０ｇ、昇温速度５℃／ｍｉｎ．窒素ガス還流下、熱天秤により、減量曲線を測定した。その結果を図１に示す。
【００２８】
図１において、１は本発明化合物Ａ、２は市販リン酸エステルＢ、３は市販リン酸エステルＣを示す。化合物Ａは市販リン酸エステルに比し、熱安定性に優れることが判る。
【００２９】
＜潤滑性＞
化合物Ａ、Ｂ及びＣを、測定温度：４０〜２８０℃、試験球：ＳＵＪ−２（φ３／１６インチ）、試験ピン：ＳＵＪ−２の条件下、曽田式振り子式油性試験機による摩擦係数を測定した。その結果を、図２に示す。但し、図２中１は本発明化合物Ａ、２は市販リン酸エステルＢ、３は市販リン酸エステルＣを示す。
化合物Ａ（曲線１）は市販リン酸エステル（化合物Ｂ及びＣ）に比し、高温域においても、低い摩擦係数を示す。
【００３０】
本発明で使用する上記特定化合物であるアルキルホスホン酸誘導体は、その製法は何ら限定されないが、例えば、次の方法で合成される。
【００３１】
＜合成例＞
炭素数が６〜１００のα位に二重結合を有するオレフィンと亜リン酸、次亜リン酸及びジアルキルホスファイトの少なくとも１種とを、オレフィンに対し、１．０〜２．０モル混合し、触媒として、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリルなどのラジカル開始剤を用い、窒素雰囲気中、６０〜１５０℃、４〜２０時間反応させ、アルキルホスホン酸又はアルキルホスホン酸ジアルキルエステルを得る。またアルキルホスホン酸ジアルキルエステルは、更に、適当な触媒下、例えば、濃塩酸、濃アルカリ水の存在下、加水分解してアルキルホスホン酸モノアルキルエステル又はアルキルホスホン酸を得ることができる。
【００３２】
アルキルホスホン酸にアルキレンオキサイドを付加する場合は、オートクレーブ中に、アルキルホスホン酸又はアルキルホスホン酸モノアルキルエステルを１モル入れ、触媒として、水酸化カリウムなどのアルカリを０．５〜２重量％加え、オートクレーブ中を窒素置換し、撹拌しながら、酸化エチレン、酸化プロピレンなどのアルキレンオキサイドを、０．５〜１０モル圧入し、５０〜２００℃、１〜２０時間反応を行い、必要に応じて、瀘過し、アルキレンオキサイド付加物を得る。
【００３３】
アルカリ金属又はアルカリ土類金属塩にするには、温度計、撹拌機、還流冷却管を取り付けた反応器に、アルキルホスホン酸又はアルキルホスホン酸モノアルキルエステルを１モル入れ、水酸化ナトリウム又は水酸化マグネシウムを０．５〜１．０モル加え、１００〜１５０℃、１〜５時間反応を行い、アルカリ金属又はアルカリ土類金属塩を得る。
前述した合成法に基づいて、本発明に使用するアルキルホスホン酸誘導体化合物を、下記表２に示す。
【００３４】
【表２】
【実施例】
次に、本発明で使用する固形潤滑剤の実施例を示す。
固形状潤滑剤の基剤として用いる固形状のアルキルホスホン酸誘導体化合物は、合成例で示したように、融点の異なった化合物が得られ、これらを単独で使用することもできるし、あるいは、本発明の化合物と市販品のワックス類を溶融混合し、固形状潤滑剤を使用する温度条件に適した軟化点を有する基剤に調製することができる。
更に、調製した基剤を加温し、溶融状態を保持し、それに粉末固体潤滑剤を添加し、熱間圧延ロールの形状に合った固形状潤滑剤を調製する。
【００３６】
【実施例１】
（固形状潤滑剤１）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．１（融点９２℃）を７０重量部を容器にとり、加熱溶融後、一定温度に保持して、粒径１０〜１３μｍの燐片状黒鉛を、３０重量部加え、よく撹拌しながら、黒鉛を均一に、分散させた溶融物を、目的の形状に作成した金型に流し込み、冷却して、所定の固形状潤滑剤を調製した。
【００３７】
【実施例２】
（固形状潤滑剤２）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．２（融点８２℃）を８０重量部、容器にとり、加熱溶融後、一定温度に保持して、粒径６〜１０μｍの燐片状黒鉛を２０重量部加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００３８】
【実施例３】
（固形状潤滑剤３）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．３（融点１０５℃）を８５重量部、容器にとり、加熱溶融後、粒径１０〜１３μｍの燐片状黒鉛を１５重量部加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００３９】
【実施例４】
（固形状潤滑剤４）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．４（融点９８℃）を８０重量部、容器にとり、加熱溶融後、平均繊維長１０〜２０μｍのチタン酸カリウムウイスカー、６−チタン酸カリウム（大塚化学(株)製）３０重量部加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００４０】
【実施例５】
（固形状潤滑剤５）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．５（融点６０℃）を８０重量部を容器にとり、加熱溶融後、平均繊維長０．０７μｍの炭酸カルシウム２０重量部を加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００４１】
【実施例６】
（固形状潤滑剤６）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．２（融点８２℃）を２０重量部、市販品の融点１４３℃のエチレンビスステアリン酸アマイド６０重量部を容器にとり、混合し、この混合物の融点である１２４℃以上に、加熱溶融後、平均粒径０．２５μｍのルチル形酸化チタン２０重量部加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００４２】
【実施例７】
（固形状潤滑剤７）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．５（融点６０℃）を４０重量部に、市販品の融点１５８℃のエチレンビスラウリン酸アマイド３０重量部を混合したものを容器にとり、この混合物の融点である９０℃以上に加熱溶融後、平均粒径０．６〜２．３μｍのメラミンシアヌレート（日産化学工業製）３０重量部を加え、よく撹拌し、その後は実施例１と同様に、調製した。
【００４３】
【実施例８】
（固形状潤滑剤８）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．６（融点４２℃）を３５重量部に、市販品の融点６９℃のパラフィンワックス３５重量部を混合したものを容器にとり、この混合物の融点である５５℃以上に加熱溶融後、粒径１０〜１３μｍの燐片状黒鉛を３０重量部加え、よく撹拌しながら黒鉛を均一に分散させた溶融物を、目的の形状に作成した金型に流し込み、冷却して所定の固形状固体潤滑剤を調製した。
【００４４】
【実施例９】
（固形状潤滑剤９）
アルキルホスホン酸誘導体Ｎｏ．７（融点８８℃）を５０重量部、市販品の融点１４３℃のエチレンビスステアリン酸アマイド３０重量部を混合したものを容器にとり、この混合物の融点である１１０℃以上に加熱溶融後、平均粒径０．２５μｍのルチル形酸化チタン２０重量部加え、よく撹拌しながら該チタンを均一に分散させた溶融物を、目的の形状に作成した金型に流し込み、冷却して所定の固形状固体潤滑剤を調製した。
【００４５】
本発明の固形状潤滑剤を図３に示すＨ型鋼の熱間圧延への実施態様を、次に説明する。図３において、固形状潤滑剤(3)はエアーシリンダー(1)の先端の取り付け治具(2)に固定し、Ｈ型鋼熱間圧延用の上ロール(4)及び下ロール(5)側面に、０．５〜１．０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で押し付けることにより、ロール冷却水による影響を受けることなく、均一な潤滑被膜を形成させる。尚(6)はＨ型鋼である。
【００４６】
本発明固形状潤滑剤１〜７を実際にＨ型鋼の熱間圧延に使用した時のロール表面疵発生状況を、下記表３に示す。
【００４７】
【表３】
上記本発明の固形状潤滑剤を使用することによって、Ｈ型鋼用熱間圧延ロール表面疵の発生が無く、本発明固形状潤滑剤は優れた効果を示すことが判る。
次に、比較例に使用した固形状潤滑剤を、下記表４に示す。
【００４９】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は各種リン化合物の熱安定性を測定した結果を示すグラフである。
【図２】図２は各種リン化合物の潤滑性（摩擦係数）を測定した結果を示すグラフである。
【図３】図３はＨ型鋼の熱間圧延方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１．エアシリンダー
２．取り付け治具
３．固形潤滑剤
４．仕上げ圧延用上ロール
５．仕上げ圧延用下ロール
６．Ｈ型鋼
Claims (6)
- 炭素数が２０〜１００のα位に二重結合を有するオレフィンと、亜リン酸、次亜リン酸及びジアルキルホスファイトの少なくとも１種以上とから合成された下記一般式で示されるアルキルホスホン酸誘導体を含有し、且つこれに融点４０℃以上の固形状ワックス及び天然又は合成粉末状固体潤滑剤の少なくとも１種が配合されていると共に、その軟化点が４０〜１３０℃であって、ロールに押圧塗布して使用される熱間圧延ロール用固形潤滑剤。
一般式
- 一般式［化１］で示されるアルキルホスホン酸誘導体１０〜９０重量部と、融点４０℃以上の固形ワックス９０〜１０重量部とを含有する請求項１の熱間圧延ロール用固形潤滑剤。
- 一般式［化１］で示されるアルキルホスホン酸誘導体５０〜９５重量部と、天然或いは合成粉末固体潤滑剤０．５〜５０重量部の混合物であって、その混合物の軟化点が、４０〜１００℃である請求項１の熱間圧延ロール用固形潤滑剤。
- 一般式［化１］で示されるアルキルホスホン酸誘導体１０〜９０重量部と、融点が４０℃以上の固形状ワックス１０〜９０重量部に、天然或いは合成粉末状固体潤滑剤０．５〜５０重量部を含有さしめた、その軟化点が５０〜１３０℃である請求項１の熱間圧延ロール用固形潤滑剤。
- 粉末状固体潤滑剤が無機化合物であり、且つ天然或いは人造グラファイト、天然雲母、合成雲母、窒化ホウ素、ニ硫化モリブデン、酸化チタン、メラミンシアヌレート、シリコンレジンパウダー及びＮ−ラウロイルリシンから選ばれる１種又は２種以上である請求項１の熱間圧延ロール用固形潤滑剤。
- 熱間圧延ロール表面に、請求項１〜５のいずれかに記載の熱間圧延ロール用固形潤滑剤を、押圧塗布しながら、圧延する事を特徴とする熱間圧延方法。
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