JPH07116713A

JPH07116713A - 熱間潤滑圧延方法

Info

Publication number: JPH07116713A
Application number: JP26881493A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inoue; 剛井上; Hide Uchida; 秀内田; Hiroyasu Yamamoto; 普康山本; Kiyoshi Nishida; 清西田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-10-27
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 1995-05-09
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JP2898524B2

Abstract

(57)【要約】【目的】膨潤雲母水溶液を主成分とする潤滑剤の性能
が最大限に発揮される供給方法を提供し、熱間圧延プロ
セスの生産性を向上させる。【構成】鉄鋼材料の熱間圧延プロセスにおいて、平均
粒径２０μｍ以下の膨潤性を有する雲母を１重量％以上
１０重量％未満の濃度で水に混合した液体を主成分とす
る潤滑剤もしくはその潤滑剤にさらに固体潤滑剤を混合
した潤滑剤を、圧延ロールの咬み込み前に材料表面に供
給して圧延することを特徴とする熱間潤滑圧延方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄板、厚板、条鋼など
の鉄鋼材料（普通鋼、極低炭鋼、ステンレス鋼など）を
熱間圧延するときの潤滑方法に関するものであり、特に
膨潤性を有する雲母を水に混合した液体を主成分とする
潤滑剤を供給して圧延する熱間潤滑圧延方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延を行うときに潤滑剤を用いる目
的は、主として、加工工具と熱間加工鋼材の摩擦面で発
生する焼付きを防止することと、加工工具の摩耗や肌荒
れと呼ばれる表面損傷を低減することである。従来、こ
うした目的で使用される熱間圧延用潤滑剤としては、鉱
油、合成エステル、極圧添加剤などを１種類、もしくは
２種類以上混合した液体潤滑剤や、グリースなどが知ら
れている（桜井俊男監修「潤滑の物理化学」、特開昭６
３−３０９５９０号公報など）。しかしながら、熱間圧
延工程では高温度に長時間さらされるため、前記鉱油、
合成エステルなどでは、摩擦面内で消失もしくは変質し
て、摩擦界面全体にわたって十分な潤滑効果を発揮する
ことが困難である。

【０００３】このような苛酷な環境に耐え得る熱間圧延
加工用の潤滑剤として、前記鉱油、合成エステルなどの
ような液体潤滑剤およびグリースなどに、黒鉛、珪酸
塩、ＢＮ、酸化鉄、二硫化モリブデンなどのような粉末
状の固体潤滑剤を混合したものが使用されるようになっ
てきた（特開昭６３−２３０７９６号公報、特開昭６３
−２５４１９５号公報）。また、液体潤滑剤やグリース
以外にも、珪酸塩などの溶融無機化合物に黒鉛などの固
体潤滑剤を混合した熱間潤滑剤も知られている（特公昭
５５−１６１８９７号公報）。

【０００４】このような液体潤滑剤をそのまま摩擦面も
しくは加工工具に吹き付けると、摩擦係数が低下し、咬
み込みスリップや圧延スリップなどのトラブルのため、
安定した生産ができないため、ウォーターインジェクシ
ョン方式による供給方法を用いて、水に薄めて使用し、
摩擦係数の低下を最小限に抑え、かつ加工工具の摩耗や
焼付きを防止する機能を発揮させようとしている。グリ
ースは水に薄めることができないため、使用する熱間圧
延温度域において摩擦係数が高くなる固体潤滑剤を混合
して、摩擦係数を低下させないようにして使用されてい
る。珪酸塩の中に固体潤滑剤を混合した潤滑剤は、ほと
んど流体潤滑状態にあるため、ガラスの粘性抵抗を高め
ることにより摩擦係数を高めている。水を基剤とした潤
滑剤には、膨潤性を有する雲母粉末（以下膨潤雲母粉末
と呼称）を水に混合した液体（以下膨潤雲母水溶液と呼
称）が知られている（特開昭５４−１１６５６６号公
報、特開昭５５−７１７９５号公報）。

【０００５】一方、こうした潤滑剤の供給方法には、ウ
ォーターインジェクション方式と呼ばれる水に油を混合
して供給する方法や、スチームアトマイズ方式と呼ばれ
るスチーム（水蒸気）に油を混合して供給する方法、エ
アーアトマイズ方式と呼ばれる高粘性潤滑剤（グリース
など）を供給するときに使用される方法などが実用化さ
れている。これらの方式では、すべて潤滑剤をワークロ
ールやバックアップロールに供給している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、膨潤雲
母水溶液を主成分とする潤滑剤は、圧延ロール材との付
着性が従来の油もしくはグリース系の潤滑剤に比べて劣
る。そのため、従来行われている潤滑剤の供給方法（圧
延ロールに吹き付ける方法）では、膨潤雲母水溶液を主
成分とする潤滑剤の性能を完全に発揮するのに十分な膨
潤雲母粉末を摩擦界面に供給することが困難である。ま
た、ロールと材料の摩擦界面に直接噴射する供給方法で
も、油よりも水の粘度や材料との付着力が小さいため、
流体引き込み効果による摩擦界面への供給が困難で、摩
擦界面の入口当たりで滞留もしくは板端から流れ落ち
て、十分な潤滑効果が得られない。

【０００７】本発明は、このような膨潤性を有する雲母
を水に混合した液体を主成分とする潤滑剤を確実に摩擦
界面に供給することが可能な熱間潤滑圧延方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、鉄
鋼材料の熱間圧延プロセスにおいて、平均粒径２０μｍ
以下の膨潤性を有する雲母を１重量％以上１０重量％未
満の濃度で水に混合した液体を主成分とする潤滑剤もし
くはその潤滑剤にさらに固体潤滑剤を混合した潤滑剤
を、圧延ロールの咬み込み前に材料表面に供給して圧延
することを特徴とする。

【０００９】本発明の膨潤雲母粉末は、水に混合すると
均一に分散して水溶液を形成する。この膨潤雲母水溶液
を潤滑剤として使用し、ロール材の摩耗防止効果と摩擦
係数を調査したところ、摩擦係数が水潤滑とほぼ同等の
大きさを有しているにも拘らず、摩耗防止効果も従来の
鉱油系潤滑油と同等程度の性能を有していることを知見
した。

【００１０】しかし、膨潤雲母水溶液は、膨潤雲母粉末
の平均粒径が２０μｍを越えると、膨潤雲母粉末が水に
均一に分散せずに沈澱する。平均粒径が２０μｍ以下の
膨潤雲母粉末を水に混合すると、均一な膨潤雲母水溶液
を形成する。従って、材料表面への均一な供給が可能と
なる。この均一に分散した膨潤雲母水溶液の中に耐摩耗
性や耐焼付き性に優れた固体潤滑剤を混合すると、分散
している雲母粉末が固体潤滑剤の浮力や重力（沈降力）
を支えて、固体潤滑剤の沈降や凝集、浮上を防止する。
ただし、この効果は膨潤雲母水溶液の濃度に依存し、膨
潤雲母水溶液を作るときの膨潤雲母粉末の添加量が水に
対する重量％で１wt％以下では、雲母溶液に添加する固
体潤滑剤の浮力や沈降力を支えることができない。ま
た、膨潤雲母水溶液を作るときの膨潤雲母粉末の添加量
が水に対する重量％で１０wt％を越えると、チキソトロ
ピー性を呈して流動性が悪くなり、潤滑剤としての使用
が困難になる。また、前記の膨潤雲母水溶液に摩擦係数
の小さい固体潤滑剤を混合した潤滑剤でも、摩擦係数は
水潤滑とほぼ同等であり、ロール材の摩耗防止効果はさ
らに向上する。

【００１１】さて、膨潤雲母水溶液を主成分とする潤滑
剤は摩擦係数が高いので、従来の鉱油系潤滑油と異な
り、水に希釈せず直接潤滑剤として供給することができ
る。ところが、この膨潤雲母水溶液を主成分とする潤滑
剤は粘度が小さいため、従来の潤滑油と同じような流体
力学的引き込み効果による摩擦界面への潤滑剤の導入作
用は期待できない。また、ロールとの付着力も小さいた
め、ロール冷却水と一緒にロール表面や摩擦界面付近か
ら流出しやすい。このため、膨潤雲母水溶液の優れた潤
滑性能を十分に発揮するために必要な量を効率よく摩擦
界面に供給することが困難であった。そこで、膨潤雲母
粉末を効率よく供給する方法を検討した結果、圧延ロー
ルの咬み込み前に材料表面に本発明の潤滑剤を供給する
ことによって、効率よく膨潤雲母粉末や混合されている
固体潤滑剤を摩擦界面に導入できることを知見した。

【００１２】膨潤雲母粉末は無機化合物であるので、従
来の鉱油系もしくはエステル系潤滑油よりも耐熱性に優
れており、１２００℃以上の高温でも分解せずに安定し
て依存する。従って、熱間加工前の材料表面に、本発明
の潤滑剤を供給しても圧延する前に焼失したり分解した
りすることがなく、安定して膨潤雲母粉末を存在させる
ことが可能である。しかも、この潤滑剤は摩擦係数が高
いため、潤滑剤に含まれている水が蒸発して濃度が高く
なっても、スリップなどの圧延事故を起こすことが無
い。しかも、ロール材の表面よりも材料の表面の方が表
面粗度が大きく、表面の微妙な窪みに請求項記載の潤滑
剤が捕捉されやすいので、付着力が小さくても摩擦界面
に導入される潤滑剤の量は、ロール材表面に供給したと
きよりもはるかに多く、この潤滑剤の効果を十分に引き
出すことが可能である。

【００１３】なお、この潤滑剤は材料との化学反応によ
る付着効果は認められないので、膨潤雲母水溶液を主成
分とする潤滑剤の供給する場所や、供給量、供給してか
ら圧延するまでに必要な時間などを制限する必要はな
い。少なくとも圧延ロールの咬み込み前に材料表面に供
給してやれば、本発明の目的とする効果を引き出すこと
ができる。しかしながら、本発明を適用するプロセスに
よって好ましい供給場所があり、例えば、薄板連続圧延
工程では、前スタンドの出側から対象スタンドの入側の
間で供給するのが好ましく、加熱炉を出たところで供給
すると、デスケーリングによって供給した潤滑剤が、ス
ケールとともに削除されるため、粗圧延機ではロール咬
み込み前で供給する方がよい。また、可逆圧延機では、
前パス圧延が終了してから、本パス圧延を行う間に供給
することが好ましく、従って、前パス圧延の出側で潤滑
剤を供給しても、本発明の効果は得られる。

【００１４】なお、膨潤雲母水溶液を主成分とする潤滑
剤の中に混合される固体潤滑剤は、潤滑を供給する目的
に合わせて、耐摩耗性に優れたものや、耐焼付き性に優
れたものを適宜選定すればよい。一般的に用いられる熱
間圧延潤滑用の固体潤滑剤としては、黒鉛、二硫化モリ
ブデン、二硫化タングステン、酸化ホウ素、マグネタイ
ト、リン酸カリウム、膨潤性を有しない雲母、炭酸カル
シウム、炭酸ナトリウムなどの無機化合物や、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリスレチン、ポリエステル、
ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリ
フェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリアレレート、
ポリフェニレンスルフィド、ＡＢＳ樹脂、エチレン−４
フッ化エチレン共重合体、ジアリルフターレート樹脂、
フェノール樹脂、キトサン、ポリエチレングリコール等
の有機化合物などが知られている。これらの固体潤滑剤
を１種類以上混合して使用しても本発明の効果は失われ
ない。

【００１５】また、固体潤滑剤の添加量は、固体潤滑剤
総添加量が潤滑剤全体に対して、３０wt％以下がよい。
３０wt％を越える固体潤滑剤を添加すると、潤滑剤の流
動性が失われ円滑な潤滑剤の供給が困難になる。好まし
くは、固体潤滑剤の総添加量が３wt％から１５wt％が好
ましく、さらに添加する固体潤滑剤は、黒鉛のようなへ
き開性を有するものと、ＫＰＯ₃やポリマーのような溶
融しやすいもの２種類を混合して添加することが好まし
い。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）圧延ロールと材料の摩擦摩耗をシミュレー
ションする２円筒型熱間転がりすべり摩擦試験機（図
１）を用いて、膨潤雲母水溶液を圧延ロール材で製作し
た試験片（ロール試験片と呼称）表面に供給した場合
と、圧延材料で製作した相手片（材料相手片と呼称）表
面に供給した場合とで、ロール試験片の摩耗量や摩擦係
数を調査した。

【００１７】ロール試験片の大きさは外径がφ８０で厚
さが１０mmである。材料相手片は、外径が１６５mmで厚
みが１５mmである。ロール試験片には高クロム鋳鉄ロー
ル材を使用し、材料相手片にはＳ４５Ｃを使用した。そ
して、材料相手片を８５０℃、ロール試験片を摩擦面入
側直前で３００℃に加熱し、ロール試験片の速度を５０
０rpm （１２５．６m/min ）、材料相手片とロール試験
片の速度差をロール試験片の速度の１０％に設定し、荷
重は７０kgf かけて転がりすべり摩擦を与えたときの、
ロール試験片のトルクと摩耗量を測定した。

【００１８】潤滑剤には、平均粒径８μｍの膨潤雲母粉
末を７wt％の濃度で水に混合した膨潤雲母水溶液（潤滑
剤Ａ）、潤滑剤Ａに固体潤滑剤として平均粒径５μｍの
黒鉛粉末を潤滑剤Ａに対して１０wt％混合した潤滑剤
（潤滑剤Ｂ）、および水を使用した。そして、ロール試
験片に潤滑剤を供給する場合は図１に示す潤滑ノズルＡ
から、材料相手片に潤滑剤を供給する場合は図１に示す
潤滑ノズルＢから、これらの潤滑剤を供給した。潤滑剤
は、摩擦開始の５秒前に供給を開始するようにした。

【００１９】その結果、摩擦係数は、ロール試験片表面
に潤滑剤を供給した場合でも、材料相手片表面に供給し
た場合でもほとんど差がなく、潤滑剤を供給しない水潤
滑レベルとほぼ同等のレベルであった。しかしながら、
摩耗量は、潤滑剤Ａおよび潤滑剤Ｂでは、水潤滑レベル
に比べてかなり少ないものであり、また、ロール試験片
表面に供給した場合よりも、材料相手片表面に供給した
場合の方が少なく、ロール試験片の摩耗量が１／２程度
に減少した。なお、水潤滑ではロール試験片表面および
材料相手片表面のどちらに供給しても摩耗量の差はほと
んどなかった。また、膨潤雲母を含む水溶液（潤滑剤
Ａ）に固体潤滑剤を混合した場合（潤滑剤Ｂ）は、固体
潤滑剤を加えない場合（潤滑剤Ａ）に比べて、２０％〜
３０％程度の摩耗量の低減効果が得られた（図２）。

【００２０】（実施例２）２Ｈｉの熱間圧延機を用い
て、本発明の潤滑剤を材料に供給したときと、ロールに
供給したときとで、圧延後のロール表面の肌荒れや焼付
き発生状況を比較した。使用ロールは、高クロム鋳鉄ロ
ール材でロール径はφ２７０mm、胴長２００mmである。
圧延した材料はＳＵＳ４３０で、幅１００mm、板厚１０
mm、長さ４００mmの切板である。材料は圧延前に窒素雰
囲気の加熱炉内で１２００℃に３０分保持した後に材料
を取り出し、材料に潤滑剤を供給するしないに関わらず
材料温度が１０００℃に冷えてから、圧延を実施した。
圧延条件は、圧下率３０％、ロール速度２０m/min であ
る。そして、圧延後、ロールの表面に焼付きや肌荒れな
どが発生したか否かを観察した。潤滑剤には、実施例１
に記載の潤滑剤Ａ、潤滑剤Ｂおよび水を用いた。潤滑剤
は、圧延機のロールに材料を咬み込ませる３秒前、１０
秒前、３０秒前、１分前、５分前、１０分前、３０分前
に、スプレーによって材料またはロールの表面に、単位
面積当たりおよび単位時間当たりに１cc／cm²・sec 供
給した。

【００２１】その結果、ロールマーク法で測定した先進
率はロール表面に潤滑剤を供給した場合でも、材料表面
に潤滑剤を供給した場合でもほとんど差がなく、水潤滑
の場合とほぼ同等であった。しかしながら、ロール表面
の摩耗・焼付き損傷状況は、潤滑剤Ａ、Ｂを材料表面に
供給した場合が最も軽微であるのに対して、これらをロ
ールに供給した場合、水潤滑を実施したときと同じ程度
の焼付きおよび微細クラックの発生が認められた。ま
た、潤滑剤Ａよりも潤滑剤Ｂを材料表面に供給した方が
焼付きの発生量が若干少なく、固体潤滑剤を添加するこ
とによって耐焼き付き性が向上することが明らかになっ
た。潤滑剤を圧延ロール咬み込み前のどの時点で供給し
た場合でも、上述と同じ特性であった。

【００２２】

【発明の効果】本発明を用いることにより、膨潤雲母水
溶液を主成分とする潤滑剤の優れた潤滑特性をより一層
効果的に引き出すことが可能になり、様々な熱間圧延工
程で圧延トラブルであるスリップ事故を引き起こすこと
なく、潤滑圧延することが可能である。また、膨潤雲母
水溶液を主成分とする潤滑剤に混合された耐摩耗性や耐
焼付き性に優れた固体潤滑剤を従来以上に大量に摩擦界
面に供給することができ、圧延ロールの摩耗や圧延鋼材
の焼付き、またそれにともなって発生する製品の疵を大
幅に低減することが可能になる。それによって、ロール
組替周期を大幅に延長することができ、生産性が大きく
向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧延ロールと材料の摩擦摩耗をシミュレーショ
ンする熱間転動摩耗試験機の概略図。

【図２】膨潤雲母水溶液（潤滑剤Ａ）、膨潤雲母水溶液
に黒鉛粉末を混合した潤滑剤（潤滑剤Ｂ）、および水
（水潤滑）をロール材に供給したときと、材料片に供給
したときのロール材の摩耗量を比較した図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｎ 20:06 40:24 (72)発明者西田清神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄鋼材料の熱間圧延プロセスにおいて、
平均粒径２０μｍ以下の膨潤性を有する雲母を１重量％
以上１０重量％未満の濃度で水に混合した液体を主成分
とする潤滑剤を、圧延ロールの咬み込み前に材料表面に
供給して圧延することを特徴とする熱間潤滑圧延方法。
【請求項２】液体を主成分とする潤滑剤に固体潤滑剤
を混合することを特徴とする請求項１記載の熱間潤滑圧
延方法。