JP4348366B2 - 熱間潤滑圧延方法 - Google Patents
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Description
本願発明は鉄鋼製造プロセスにおける熱間圧延工程での潤滑油を用いた熱間圧延方法に関する。本願発明は、特に、高塩基性アルカリ土類金属化合物を含む潤滑油を用いた熱間潤滑圧延方法において、その潤滑油を粒状にして水を使わずに不燃性ガスによって吹き飛ばしてロールに付着させて供給しながら圧延する際に、潤滑油が高温雰囲気下にさらされることによって発生しやすくなる火災トラブルを防止しながら安全に潤滑圧延を実施する方法に関する。
潤滑熱延を実施する目的は、圧延中の摩擦力を低減することによってロールの摩耗を減らし、省エネルギー効果を得たり、製品の表面品質を向上させたり様々である。とりわけ、昨今注目されているのが、熱間圧延ロール材として普及してきたハイスロールの表面損傷を、潤滑油の供給によって抑制しようとする技術である。特許文献１、２、８及び９には、塩基価が４０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上の高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレート、高塩基性アルカリ土類金属サリシレート及び高塩基性アルカリ土類金属スルホネートなどが添加された潤滑油を、ウォーターインジェクション供給法（現行法）を用いてエマルションにして熱間圧延を行うと、焼付き抑制効果の向上やロール肌荒れのひとつの原因と考えられているハイスロール表面の酸化膜（黒皮）の剥離を抑制する効果が得られることが開示されている。
また、熱間圧延では冷間圧延工程にくらべて板厚が厚いことに加えて、材料の繰り出し機が備えられていないため、咬込みスリップや圧延スリップが発生しやすい。その問題を解決するために、いくつかの技術が知られている。最もよく知られているのは、潤滑油の供給量を少なくして操業し、スリップ事故を起こさない範囲で潤滑効果を得るような条件で操業が行われている。他には、被圧延材のトップ部およびボトム部が圧延機に咬込む時および抜ける時の前後で潤滑圧延を行わないようにして、咬込みスリップを防止する方法も知られている。一方、特許文献３には潤滑剤自身の摩擦係数が大きな潤滑剤を適用し、鋼材のトップ部およびボトム部で潤滑圧延を実施しても咬込みスリップなどが発生しないようにする技術が開示されている。
非特許文献１に熱間圧延における潤滑供給方法として、前述の水に潤滑油を混合してエマルションの形態で噴射供給する方法の他に、潤滑油と水蒸気とを混合して噴射供給する方法が記載されている。一方、特許文献４、５及び６には、板厚均一性に優れた深絞り用熱延鋼板の製造方法として、潤滑油の供給量をロール表面積１平方メートルあたり０．２〜１０ｃｍ3供給することを骨子とした技術が開示されている。
さらに、特許文献７には、水を使わない潤滑油の供給方法として、潤滑油を不燃性ガスを用いることによって霧状もしくは粒状にして、不燃性ガスとともにロールに噴射供給する方法が開示されており、少量の潤滑油供給量で大きな摩擦係数低減効果が得られるので、ロールに作用する摩擦力が低減するためロール摩耗が減り、その結果寿命延長効果が期待できることや、不燃性ガスを潤滑油とともにロールに吹き付けることによって、ロール冷却水の水切りが不十分であることによって形成された水膜がロール表面に存在しても、その水膜を吹き飛ばして潤滑油がロールの表面に到達するので、外乱に対する耐性に優れた供給方法として知られている。
高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレート、高塩基性アルカリ土類金属サリシレート及び高塩基性アルカリ土類金属スルホネートなどが一種類もしくは二種類以上添加された潤滑油を水に混合したエマルション潤滑剤として使用する場合、従来の潤滑油よりも粘度が高くノズル詰まりや配管詰まりを引き起こしやすい。従って、頻繁に配管やノズルの洗浄作業が必要で、これにより生産効率の低下を招いている。さらにエマルション潤滑法を用いる場合、ロール冷却水が潤滑供給部にかからないように水切りワイパーがロール冷却水供給部と潤滑供給部との間に設けられている。しかし、ロールが回転してワイパーが摩耗し隙間があくことによって、ロール冷却水が潤滑供給部に洩れだしてくると、エマルション潤滑で供給された潤滑油はロールへ付着しにくくなる。これは、洩れだしたロール冷却水がロール表面に水膜を形成するためであり、さらにこの冷却水と混じることによってエマルション濃度（水に対する潤滑油の量）が小さくなり、潤滑効果が得られにくくなる。同じ問題がスチームアトマイズ方式の供給法でも生じることがわかっている。エマルション潤滑剤の濃度は、一般的に重量比率で水１００に対して潤滑油が０．５〜１．０程度で実用されている。この範囲がスリップ事故防止と潤滑効果とが共存する領域である。しかし、潤滑配管システム内の汚れや、ノズルの詰まり、さらに気温や湿度の変化による潤滑油の粘度の微妙な違いによって、この濃度は常に変化している。それによって、潤滑効果にバラツキが生じる問題も認識されている。
これらの問題点を解決するために、特許文献７に開示されている水を使わず潤滑油を粒状にして不燃性ガスとともにロールに吹き付ける方法（以下、ガスアトマイズ法と記載する）を用いると、非常に簡便な配管システムで供給装置を構成できるため、上述した問題の多くが解決され、しかも外的変動要因（例えば粘度の季節変化や湿度の変動など）に対する耐性が強い。しかし、この方法では、およそ８００℃〜１２００℃に加熱された鋼材の近くでロールに潤滑油自身が直接供給されるので、潤滑油の物性や使用環境によって火災が発生する場合がある。とりわけ、高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレート、高塩基性アルカリ土類金属サリシレート及び高塩基性アルカリ土類金属スルホネートなどが一種類もしくは二種類以上添加された潤滑油は、それらが添加されていない潤滑油よりも粘度が高く、特許文献７に開示されている方法で供給した場合、ロール以外の圧延機設備にも潤滑油が飛散・堆積しやすく、その堆積物が引火して火災に至ることが問題となっている。
本発明は、高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレート、高塩基性アルカリ土類金属サリシレート及び高塩基性アルカリ土類金属スルホネートなどが一種類もしくは二種類以上添加された潤滑油を、ガスアトマイズ法によって供給する場合において、火災トラブルを引き起こすことなく、安全で安定した熱間潤滑圧延方法を提供することを目的とする。
本願発明者は課題解決のために鋭意検討を重ねた結果、供給条件を
（１）潤滑油の平均粒径を１ｍｍ未満にし、
（２）粒状の潤滑油と同時に噴射される不燃性ガス（例えば、空気、ヘリウム、窒素、アルゴン、等）の流量を毎分２０００ｃｍ3以上とし、
（３）ガスの噴射速度を毎秒１ｍ以上とし、
（４）最大潤滑供給量をロール表面積１ｍ2あたり２０ｃｍ3以下とする、
ことによって、比較的粘度が高い前記高塩基性アルカリ土類金属化合物が混合された潤滑油をガスアトマイズ法によって供給しても、火災を防止しつつ、安全かつ安定した熱間潤滑圧延を実施することができることを発見した。
（１）潤滑油の平均粒径を１ｍｍ未満にし、
（２）粒状の潤滑油と同時に噴射される不燃性ガス（例えば、空気、ヘリウム、窒素、アルゴン、等）の流量を毎分２０００ｃｍ3以上とし、
（３）ガスの噴射速度を毎秒１ｍ以上とし、
（４）最大潤滑供給量をロール表面積１ｍ2あたり２０ｃｍ3以下とする、
ことによって、比較的粘度が高い前記高塩基性アルカリ土類金属化合物が混合された潤滑油をガスアトマイズ法によって供給しても、火災を防止しつつ、安全かつ安定した熱間潤滑圧延を実施することができることを発見した。
潤滑油による火災を防止するには、例えば、ノズルから噴射された潤滑油がロール以外の場所に飛散することを極力抑制し、ノズルから噴射された潤滑油を１００％ロール表面へ付着させればよい。これはロールに表面に付着した潤滑油がロールバイト内に導入されると、雰囲気ガスが遮断されるため、潤滑効果を発揮しながら燃えることなく炭化されるからである。ロールバイトとは、２個のロールの間の隙間のうち、ロールが被圧延材料に直接接触する領域をいう。しかしながら、実際にはノズルから噴射された潤滑油を１００％ロール表面に付着させることは不可能であり、潤滑油の供給方法や供給条件に加え、使用環境などの外的要因により、潤滑油のいくらかはロール周囲に設置されている圧延機付帯設備、たとえばロール冷却水の水切りワイパー、ロールチョック、圧延機のハウジングの内側、ガイドやテーブルローラーなどに付着する。ロール周囲の設備に付着した潤滑油は、潤滑供給時間の増加とともに堆積して油滴になって板道に滴下・堆積したり、圧延中の熱間鋼材に滴下して引火したりする。また、圧延中の鋼材表面からスケールなどの高温物が剥離し、それが圧延機付帯設備に付着・堆積した潤滑油に到達して、火種となって引火する場合もある。しかし、通常、ロール冷却水が大量にロールに供給されているので、その水滴が圧延機周囲の設備にもかかる。このため、ある程度小さい火種であれば、発火しても延焼することなく鎮火する。また、エマルション潤滑剤を使用する場合、潤滑油とともに水も同時に噴射しているので、７０重量％以上の潤滑油濃度でなければ火災トラブル発生の懸念はない。しかし、ガスアトマイズ法によって潤滑油を供給する場合、このような効果は期待できないので、何らかの手段が必要になる。
前項で記載した火災トラブルの発生要因から、火災トラブルを防止するポイントは、
−ノズルから噴射した潤滑油を極力多くロール表面に付着させる、
−ロール以外の設備に潤滑油が付着しても引火しにくいようにする、
−ノズルから噴射された潤滑油がロールに到達する間に引火しないようにする、
ことである。これをガスアトマイズ供給法で実現するための条件が、
（１）潤滑油の平均粒径を１ｍｍ未満にし、
（２）粒状の潤滑油と同時に噴射される不燃性ガス（例えば、空気、ヘリウム、窒素、アルゴン、等）の流量を毎分２０００ｃｍ3以上とし、
（３）ガスの噴射速度を毎秒１ｍ以上とし、
（４）最大潤滑供給量をロール表面積１ｍ2あたり２０ｃｍ3以下とする、である。
−ノズルから噴射した潤滑油を極力多くロール表面に付着させる、
−ロール以外の設備に潤滑油が付着しても引火しにくいようにする、
−ノズルから噴射された潤滑油がロールに到達する間に引火しないようにする、
ことである。これをガスアトマイズ供給法で実現するための条件が、
（１）潤滑油の平均粒径を１ｍｍ未満にし、
（２）粒状の潤滑油と同時に噴射される不燃性ガス（例えば、空気、ヘリウム、窒素、アルゴン、等）の流量を毎分２０００ｃｍ3以上とし、
（３）ガスの噴射速度を毎秒１ｍ以上とし、
（４）最大潤滑供給量をロール表面積１ｍ2あたり２０ｃｍ3以下とする、である。
潤滑油を平均粒径で１ｍｍ未満の粒状にするのは、潤滑油滴の重さを軽くすることによって、ノズルから噴射された潤滑油の多くが不燃性ガスの気流によって、ロールに到達するようにするためである。平均粒径が１ｍｍ以上の潤滑油を噴射すると、特に上側のロール用の潤滑ノズルから噴射された潤滑油が鋼材に滴下しやすくなり、それが鋼材の熱によって発火し、鋼材のエッジ部付近に設置されている設備の表面に付着している油分に引火しやすくなる。１ｍｍ未満の平均粒径にすれば、ノズルから滴下する潤滑油はほとんど皆無になる上、体積が小さいため発火しても直ぐに燃え尽きて、他の部分に延焼することはない。なお、平均粒径で５ｍｍよりも大きくすると、ロールに付着した潤滑油が自重によって落ちやすくなる。さらに、ロールに付着した潤滑油がロールバイトに導入される前にロール胴長方向に広がりやすく、板道以外のロール表面にも多くの潤滑油が回り込み、それが滴下して発火する可能性が高くなる。潤滑油を粒状にする手段は何でもよい。たとえば、噴霧方式や、メッシュを通過させて粒状にする方法でも良い。また、粒状もしくは霧状にして供給する方が、少ない量を確実に噴射供給させることができる。潤滑油は平均粒径で０．０５ｍｍから１ｍｍ未満の粒状もしくは霧状にして供給するのが好ましい。
潤滑油と同時に噴射される不燃性ガスの流量を２０００ｃｍ3／分以上にするのは、ガスの流量を多くすることで潤滑油の粒の回りに不燃性ガスのシールドを作り、噴射された潤滑油がロールに付着する前に引火しにくくするためである。さらに、もし万一噴射した潤滑油がロール付近で発火しても大量の不燃性ガスを供給することによって、ロール表面からその周囲にもガス流が発生し、これによってロール付近で発火した火種を吹き消す作用もある。不燃性ガス流量が２０００ｃｍ3／分未満ではこのような効果を得るには不十分である。なお、毎分１０００ｃｍ3以上の不燃性ガスを噴射しなければ、通常想定しうるロール表面に存在する水膜を除去して、潤滑油をロールに付着させるのが困難である。
不燃性ガスの流速を毎秒１ｍ以上にすることによって、ノズルから噴射された潤滑油の速度を大きくし、潤滑油がノズルから噴射されてロールへ到達するまでの時間を短くする。これによって噴射された潤滑油がロール表面以外のところに飛散するのを抑制する効果がきわめて大きくなる。流量だけを多くし流速が毎秒１ｍ未満では、かえってロール以外のところに粒状の潤滑油が飛散することを助長する。流量と流速の両方が適正に設定されていなければ、ロール表面以外設備に潤滑油が飛散・堆積する現象が頻繁に発生しやすくなる。加えて、ガス流速が大きい方が、ロール付近で発火した火種を吹き消す作用もより一層高まる。ガス流量とガス流速の両方を大きくすることが、火種発生防止と、発生した火種の消火に非常に効果的であり、本願発明の重要な要素をなす。
最大潤滑油供給量がロール表面積１平方メートルあたり２０ｃｍ3を超えると、潤滑効果は改善されるが過剰供給になってロールに噴射された潤滑油が板道以外に飛び出し、ロールの回転による遠心力で潤滑油がロールからとばされ、ロール周囲の設備に飛散・堆積する場合がある。これが発火源となり、火災トラブル発生の確率が高くなる。２０ｃｍ3以下であれば、ロールに噴射された潤滑油はほとんどロールバイト内に導入され、ロールと鋼材との摩擦によって消費され、発火源となることはない。また、潤滑供給油の量をロール表面積１平方メートルあたりに０．０１ｃｍ3以上とすることによって、咬込みスリップを防止できる。また潤滑油の供給量をロール表面積１平方メートルあたり３０ｃｍ3よりも多く供給すると、どのような圧延条件においても圧延スリップトラブルが生じるので、これ以下の供給量にしなければならない。勿論のことロール表面積１平方メートルあたり３０ｃｍ3よりも多く供給すると火災トラブルが発生し安全に潤滑圧延を実施することはできない。供給する潤滑油の量は、好ましくはロール表面積１平方メートルあたり、０．１ｃｍ3から１５ｃｍ3の範囲で操業すると潤滑性、経済性および安全性の観点で効果的である。
本発明によれば、高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレ−ト、高塩基性アルカリ土類金属サリシレ−ト又は高塩基性アルカリ土類金属スルホネ−トが１種類もしくは２種類以上含まれている潤滑油を、ガスアトマイズ法で供給しながら潤滑圧延を実施しても、咬込みスリップや圧延スリップなどを引き起こすことなく、従来の潤滑供給方法と比較して同等以上の潤滑効果を引き出すことができ、なおかつ、火災を発生することなく安全で安定した潤滑圧延ができる。
本発明による熱間潤滑圧延方法の形態の例を説明する。
３００ｍｇＫＯＨ／ｇの塩基度のカルシウムスルフォネートを１５体積％含み、４０℃の粘度が１７０ｃＳｔの潤滑油を準備する。潤滑油供給用のノズルにはエアーアトマイズノズルを用い、潤滑油と不燃性ガスとを同じノズルから噴射するようにして、ロールに供給する。勿論、潤滑油と不燃性ガスとを別のノズルから噴射供給しても差し支えない。当該圧延機に材料が咬込む前に、ノズル１本あたりロール表面積１ｍ2あたり０．７ｃｍ3以下の潤滑油供給量で、窒素ガスを不燃性ガスとしてガス流量を２２００ｃｍ3、ガス流速を２．５ｍ／秒、潤滑油の平均粒径を０．８ｍｍの条件で、ガスアトマイズ供給方法で、この潤滑油をロールに噴射する。被圧延鋼材が圧延機にかみ込んだ後、毎分３０００ｃｍ3の量の窒素ガスを毎秒３ｍの流速で噴射し、上記潤滑油を同じ平均粒径で、ガスアトマイズ法により引き続きロールに供給する。圧延速度の変化に応じて、潤滑油供給量がロール表面積１ｍ2あたり０．０１ｃｍ3から２０ｃｍ3以下の供給量になるように、潤滑油の噴射供給量を調整しながら圧延を行う。このとき潤滑油の供給量がロール表面積１ｍ2あたり０．０１ｃｍ3から２０ｃｍ3以下であれば、この範囲に調整することを前提として、圧延荷重や摩擦係数が一定になるように調整しながら圧延してもよい。もし圧延速度の増加に伴って潤滑油の供給量を増やさないと、潤滑油が足りず期待どおりの潤滑効果を得ることができない。また、潤滑油の供給量がロール表面積１平方メートルあたりの２０ｃｍ3を超えると、火災などのトラブルが生じるので、ロール表面積１ｍ2あたり０．０１ｃｍ3から２０ｃｍ3以下の範囲内で潤滑油の供給量を維持しなければならない。その後、材料が当該圧延機を抜ける直前まで、潤滑供給を続ける。材料が圧延機を通材完了する際には、好ましくは、未圧延材料の長さがロール周長の５倍程度の長さになったところで、潤滑油の供給量をロール表面積１ｍ2あたり１ｃｍ3以下にするのがよい。そうすると、次の材料の咬込み（通材）がスムーズになり、咬込みスリップを引き起こすことはない。
−実施例１−
本願発明者は、熱間転動摩耗試験機を用いて、本発明によるロールの黒皮生成抑制効果および実験中の発火現象有無について調査した。
＜実験条件＞
・試験片：直径８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、ハイスロール材製
・相手片：直径１６５ｍｍ、幅１５ｍｍ、Ｓ４５Ｃ製
・荷重：３０ｋｇｆ
・試験片回転速度：１７６ｍ／ｍｉｎ、相手片速度：１８５ｍ／ｍｉｎ
・試験片摩擦面温度：６５０℃、相手片摩擦面温度：８８０℃
・潤滑油：
（ａ）鉱油に３００ｍｇＫＯＨ／ｇ塩基度のカルシウムスルフォネートを１５体積％配合された潤滑油で、４０℃における粘度が１１０ｃＳｔ。
（ｂ）鉱油に菜種油を１５体積％添加された潤滑油で４０℃における粘度が１１２ｃＳｔのもの（比較用）。
・供給方法：
（ｉ）ガスアトマイズ法。供給量は約３ｃｍ3／ｍ2、ガスは窒素を使用。ガス流量は１０００ｃｍ3／分と２５００ｃｍ3／分の２水準、潤滑油の平均粒径は約２００ミクロン。毎秒３ｍの流速。
（ｉｉ）０．８％のエマルションとして供給（潤滑油分は３．２ｃｍ3／ｍ2供給）。
・転動摩擦時間：１０分
＜実験結果＞
・潤滑油（ａ）＋供給法（ｉ）（流量１０００ｃｍ3/分）→黒皮厚さ：２μｍ以下、試験片の一部で発火。
・潤滑油（ａ）＋供給法（ｉ）（流量２５００ｃｍ3/分）→黒皮厚さ：２μｍ以下、発火無し。
・潤滑油（ａ）＋供給法（ｉｉ） → 黒皮厚さ：３μｍ程度、発火現象無し。
・潤滑油（ｂ）＋供給法（ｉ）（流量１０００ｃｍ3/分）→黒皮厚さ：８μｍ程度、発火現象あり。
・潤滑油（ｂ）＋供給法（ｉ）（流量２５００ｃｍ3/分）→黒皮厚さ：８μｍ程度、発火現象無し。
・潤滑油（ｂ）＋供給法（ｉｉ） → 黒皮厚さ：９μｍ程度、発火現象無し。
本願発明者は、熱間転動摩耗試験機を用いて、本発明によるロールの黒皮生成抑制効果および実験中の発火現象有無について調査した。
＜実験条件＞
・試験片：直径８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、ハイスロール材製
・相手片：直径１６５ｍｍ、幅１５ｍｍ、Ｓ４５Ｃ製
・荷重：３０ｋｇｆ
・試験片回転速度：１７６ｍ／ｍｉｎ、相手片速度：１８５ｍ／ｍｉｎ
・試験片摩擦面温度：６５０℃、相手片摩擦面温度：８８０℃
・潤滑油：
（ａ）鉱油に３００ｍｇＫＯＨ／ｇ塩基度のカルシウムスルフォネートを１５体積％配合された潤滑油で、４０℃における粘度が１１０ｃＳｔ。
（ｂ）鉱油に菜種油を１５体積％添加された潤滑油で４０℃における粘度が１１２ｃＳｔのもの（比較用）。
・供給方法：
（ｉ）ガスアトマイズ法。供給量は約３ｃｍ3／ｍ2、ガスは窒素を使用。ガス流量は１０００ｃｍ3／分と２５００ｃｍ3／分の２水準、潤滑油の平均粒径は約２００ミクロン。毎秒３ｍの流速。
（ｉｉ）０．８％のエマルションとして供給（潤滑油分は３．２ｃｍ3／ｍ2供給）。
・転動摩擦時間：１０分
＜実験結果＞
・潤滑油（ａ）＋供給法（ｉ）（流量１０００ｃｍ3/分）→黒皮厚さ：２μｍ以下、試験片の一部で発火。
・潤滑油（ａ）＋供給法（ｉ）（流量２５００ｃｍ3/分）→黒皮厚さ：２μｍ以下、発火無し。
・潤滑油（ａ）＋供給法（ｉｉ） → 黒皮厚さ：３μｍ程度、発火現象無し。
・潤滑油（ｂ）＋供給法（ｉ）（流量１０００ｃｍ3/分）→黒皮厚さ：８μｍ程度、発火現象あり。
・潤滑油（ｂ）＋供給法（ｉ）（流量２５００ｃｍ3/分）→黒皮厚さ：８μｍ程度、発火現象無し。
・潤滑油（ｂ）＋供給法（ｉｉ） → 黒皮厚さ：９μｍ程度、発火現象無し。
本発明の潤滑圧延方法を用いた場合、ハイスロール材で製作された試験片の表面に形成される黒皮の膜厚が２μｍ以下になること、さらに実験中試験片や潤滑剤供給部周辺から発火することは無かった。しかし、同じガスアトマイズ供給方法でも不燃性ガスの流量の小さい条件では、鋼材相手片材料の一部に潤滑油が堆積して発火現象が観察された。これは、不燃性ガスによるシールド効果及び吹き消し効果が足りなかったためと考えられる。同じ潤滑油を従来のウォーターインジェクション法で供給した場合の黒皮の膜厚が約３μｍであったことから、本願発明でも従来と同等以上の潤滑効果を得られることが検証でき、潤滑油を直接供給しても発火しない条件が成立することを確認できた。
−実施例２−
本願発明者は、２Ｈｉ圧延機（２重式圧延機）を用いて、潤滑油供給条件を変化させたときの摩擦係数低減効果を潤滑性能の代表指標として調査するとともに、発火発生限界条件についても圧延実験で調査した。この実験では４つの供給条件において本願発明に基づく基準条件を設け、これを基準に、４つの条件のうち１つの条件について個別に変化させたときの摩擦係数低減効果と発火現象の発現有無について検討した。
本願発明者は、２Ｈｉ圧延機（２重式圧延機）を用いて、潤滑油供給条件を変化させたときの摩擦係数低減効果を潤滑性能の代表指標として調査するとともに、発火発生限界条件についても圧延実験で調査した。この実験では４つの供給条件において本願発明に基づく基準条件を設け、これを基準に、４つの条件のうち１つの条件について個別に変化させたときの摩擦係数低減効果と発火現象の発現有無について検討した。
＜実験条件＞
・ロール：直径４００ｍｍ、ハイスロール、胴長１００ｍｍ
・被圧延材：０．０２％炭素鋼、１ｍｍ厚×５０ｍｍ幅×１００００ｍ長さ（コイル）
・加熱温度：１０００℃（窒素雰囲気）
・圧延速度：５０ｍ／ｍｉｎ
・ロールギャップ：圧下率換算で２０％〜４０％
・潤滑油：鉱油に３００ｍｇＫＯＨ／ｇ塩基度のカルシウムスルフォネートを２５体積％配合された潤滑油で、４０℃における粘度が１１０ｃＳｔ。
・供給条件：噴霧ノズルによる供給。不燃性ガスには窒素を使用。
（ａ）供給量：０．０５〜３０ｃｍ3／ｍ2（基準条件：２．５ｃｍ3／ｍ2）
（ｂ）ガス流量：２００ｃｍ3／分から１００００ｃｍ3／分 （基準条件：３０００ｃｍ3／分）
（ｃ）ガス流速：毎秒０．２ｍ〜毎秒１０ｍ （基準条件：毎秒２ｍ）
（ｄ）潤滑油平均粒径：０．０２ｍｍから３ｍｍ （基準条件：０．８ｍｍ）
・ロール：直径４００ｍｍ、ハイスロール、胴長１００ｍｍ
・被圧延材：０．０２％炭素鋼、１ｍｍ厚×５０ｍｍ幅×１００００ｍ長さ（コイル）
・加熱温度：１０００℃（窒素雰囲気）
・圧延速度：５０ｍ／ｍｉｎ
・ロールギャップ：圧下率換算で２０％〜４０％
・潤滑油：鉱油に３００ｍｇＫＯＨ／ｇ塩基度のカルシウムスルフォネートを２５体積％配合された潤滑油で、４０℃における粘度が１１０ｃＳｔ。
・供給条件：噴霧ノズルによる供給。不燃性ガスには窒素を使用。
（ａ）供給量：０．０５〜３０ｃｍ3／ｍ2（基準条件：２．５ｃｍ3／ｍ2）
（ｂ）ガス流量：２００ｃｍ3／分から１００００ｃｍ3／分 （基準条件：３０００ｃｍ3／分）
（ｃ）ガス流速：毎秒０．２ｍ〜毎秒１０ｍ （基準条件：毎秒２ｍ）
（ｄ）潤滑油平均粒径：０．０２ｍｍから３ｍｍ （基準条件：０．８ｍｍ）
＜実験結果＞
供給条件（ａ）の条件を変化させ、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の条件を基準条件として圧延実験を行った。図１は潤滑油供給量を変化させた時の摩擦係数低減効果と、実験中に発生した発火現象発現範囲を示すものである。図１に示すように、供給量が２０ｃｍ3／ｍ2よりも多くなると、供給した潤滑油が発火する現象が観察されたが、本願発明の条件範囲では熱間圧延中、潤滑供給しながら圧延しても供給した潤滑油が発火することなく、またスリップトラブルを引き起こすことなく圧延することができた。供給量が３０ｃｍ3／ｍ2以上では圧延スリップが発生し圧延できなかった。潤滑効果も少なくとも従来と同等以上の効果が得られることも確認した。
供給条件（ａ）の条件を変化させ、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の条件を基準条件として圧延実験を行った。図１は潤滑油供給量を変化させた時の摩擦係数低減効果と、実験中に発生した発火現象発現範囲を示すものである。図１に示すように、供給量が２０ｃｍ3／ｍ2よりも多くなると、供給した潤滑油が発火する現象が観察されたが、本願発明の条件範囲では熱間圧延中、潤滑供給しながら圧延しても供給した潤滑油が発火することなく、またスリップトラブルを引き起こすことなく圧延することができた。供給量が３０ｃｍ3／ｍ2以上では圧延スリップが発生し圧延できなかった。潤滑効果も少なくとも従来と同等以上の効果が得られることも確認した。
供給条件（ｂ）のガス流量を変化させ、それ以外の供給条件は基準条件にて、約２０分間の連続熱間圧延を実施した。図２は不燃性ガス（ここでは窒素ガス）の供給量を変化させた時の摩擦係数低減効果と、実験中に発生した発火現象発現範囲を示すものである。図２に示すとおり、ガス流量が１０００ｃｍ3／分以上で潤滑効果を発揮したが、ガス流量が２０００ｃｍ3／分未満で供給された潤滑油が発火する現象が観察された。従って、潤滑油の発火を防止しつつ潤滑効果を引き出すためには、ガス流量は２０００ｃｍ3／分以上にしなければならない。潤滑効果も少なくとも従来と同等以上の効果が得られることも確認した。
供給条件（ｃ）のガス流速を変化させ、それ以外の供給条件は基準条件にて、圧延実験を行った。図３はガス流速を変化させた時の摩擦係数低減効果と、実験中に発生した発火現象発現範囲をしめすものである。図３に示すように、ガス流速が１ｍ／秒未満では潤滑圧延中、頻繁に潤滑油の発火現象が観察された。しかし、ガス流速を１ｍ／秒以上にして供給すれば、潤滑油が発火することなく、潤滑圧延することができた。潤滑効果も少なくとも従来と同等以上の効果が得られることも確認した。
供給条件（ｄ）の潤滑油平均粒径を変化させて圧延実験を行った。図４は潤滑油の平均粒径を変化させた時の摩擦係数低減効果と、実験中に発生した発火現象発現範囲を示すものである。図４に示すように、平均粒径が１ｍｍ以上になると潤滑圧延中に時々発火現象が観察された。しかし、平均粒径を１ｍｍ未満にすると発火現象は全く観察されず、潤滑圧延を実施することできた。潤滑効果も少なくとも従来と同等以上の効果が得られることも確認した。
本発明によれば、高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレ−ト、高塩基性アルカリ土類金属サリシレ−ト又は高塩基性アルカリ土類金属スルホネ−トが１種類もしくは２種類以上含まれている潤滑油を、ガスアトマイズ法で供給しながら潤滑圧延を実施しても、咬込みスリップや圧延スリップなどを抑制することができる。また、従来の潤滑供給方法と比較して同等以上の潤滑効果を引き出すことができる。更に、火災を発生することなく安全で安定した潤滑圧延を行うことができる。
Claims (2)
- 塩基価が４０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上の高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレ−ト、高塩基性アルカリ土類金属サリシレ−ト又は高塩基性アルカリ土類金属スルホネ−トを１種類もしくは２種類以上含有し４０℃における粘度が８００ｃＳｔ以下の潤滑油を使用した熱間潤滑圧延方法において、
２個のロールの間に被圧延材を供給する際に、前記潤滑油を平均粒径が１ｍｍ未満の粒状もしくは霧状にして、潤滑ノズル１本あたりの流量が毎分２０００ｃｍ3以上で流速が毎秒１ｍ以上の不燃性ガスを用いて、前記ロールに、前記ロールの表面積１ｍ2あたり０．０１ｃｍ3以上２０ｃｍ3以下供給することを特徴とする熱間潤滑圧延方法。 - 前記被圧延材が前記２個のロールの間に咬込まれる前から前記潤滑油の供給を開始し、
前記潤滑油の供給量が前記ロールの表面積１ｍ2あたり１ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱間潤滑圧延方法。
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