KR100285347B1

KR100285347B1 - 조압연용 열간압연유 조성물

Info

Publication number: KR100285347B1
Application number: KR1019980052241A
Authority: KR
Inventors: 김철희; 정태량; 김상욱; 이창수
Original assignee: 신현준; 재단법인포항산업과학연구원; 정태량; 광우파카주식회사
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2001-05-02
Also published as: KR20000037610A

Abstract

본 발명은 열간압연공장의 조압연공정에서 압연롤에 대한 윤활을 행하기 위한 열간압연유에 관한 것으로, 조압연공정에서는 다듬질 공정에서 사용되는 열간압연유와는 달리 내열간 크랙성 및 내 슬림성 그리고 내살거칠어짐성을 겸비한 열간압연유가 요구되는바, 조압연용 열간압연유는 합성유와 천연유지를 기유로 하고 여기에 특정의 지방산 및 극압첨가제를 첨가하여 열간 크랙성 및 내 슬림성 그리고 내살거칠어짐성을 겸비한 열간압연유를 조성함으로써, 압연부하조건 및 롤재질이 유사한 조압연 수평롤 및 수직롤 그리고 Crop Shear Knife에 적용할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

이와같은 본 발명은 조압연용 열간압연유를 제조함에 있어서, 주원료인 다가알콜에스테르에 부원료인 천연유지, 광유, 고급지방산, 인계극압제, 황계극압제, 기타 첨가제를 혼합하여서 된 것이다.

Description

조압연용 열간압연유 조성물

본 발명은 열간압연공장의 조압연공정에서 압연롤에 대한 윤활을 행하기 위한 열간압연유 조성물에 관한 것으로, 특히 내 열간 크랙성(Heat Crack), 내 슬립성(Slip성), 열간윤활마모특성이 우수하도록 한 것이다.

강판의 열간압연에서 압연롤은 통상적으로 롤의 입측에서 1000℃전후, 출측에서 800℃전후의 고온의 열간압연판재와 접촉하게 되는바, 열간윤활압연은 이와같이 고온의 열간압연판재와 접촉하는 압연롤에 윤활을 행함으로써 롤의 수명연장 및 압연동력의 절감을 위해 행해지고 있다.

종래의 열간윤활압연은 강판의 열간압연작업에서 하위공정인 다듬질압연 즉 사상압연공정에서만 제한적으로 행해져왔다. 또한 상기 다듬질 압연공정에서 열간윤활압연이 적용된 이유는 첫째, 판재와 롤의 접촉시간이 1/100∼1/1000초 이하로 매우 짧기 때문에 1000℃전후의 고온판재와의 접촉에서도 살아남아 윤활역할을 할 수 있기 때문이며, 둘째, 마찰에너지가 전체의 소비에너지에서 차지하는 비율이 조압연공정에 비해 매우 크기 때문에 윤활에 의한 마찰저감효과를 기대할 수 있었기 때문이었다.

따라서 상기 다듬질 압연공정에서의 열간윤활압연의 목적은 마찰계수의 저감을 통한 주로 압연하중의 절감 및 압연동력의 절감 그리고 롤 마모의 감소를 위해 행해지고 있다.

종래의 열간압연유로는 유지계 압연유(우지,돈지,팜유,채종유 등), 광유계 압연유(스핀들유,머신유 등) 또는 이들 유지와 광유를 혼합한 압연유가 널리 사용되어 왔다.

또한 최근에는 압연의 고속화 및 고압화에 대응하기 위해 합성에스테르유(지방산에스테르)를 기유로한 압연유가 개발되었다.(일본국 특허공보 소화57-27156호, 일본국 특허공보 소화60-54355호, 일본국 특허공보 소화 53-5057호, 일본국 특허공보 평성2-127499호)

이제까지의 열간윤활압연유는 오직 다듬질압연공정에 적합한 압연유로서 특히 다듬질 공정에 사용되는 Hi-Cr주철롤의 내마모특성을 살리면서 소정의 윤활압연효과를 올리는 방향으로 제조되고 있다.

그러나 조압연공정의 경우 사용되는 롤의 재질은 주로 Adamite로서 특히 고온의 판재와의 주기적인 접촉 및 냉각의 부하사이클에 의한 열응력으로 인해 열간 크랙의 발생이 특징적으로 나타난다.

한편 조압연공정에서는 다듬질공정에서와는 달리 롤과 고온의 압연판재와의 접촉시간이 10∼100배 이상 길고 또한 분사할 수 있는 시간이 극히 짧아 윤활의 적용이 매우 어렵고, 물림각에 대한 여유가 거의 없기 때문에 마찰계수가 조금만 낮을 경우 즉각 슬립이 발생하여 조업에 심대한 지장을 초래하였다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 조압연공정에서는 다듬질 공정에서 사용되는 열간압연유와는 달리 내열간 크랙성 및 내 슬림성 그리고 내살거칠어짐성을 겸비한 열간압연유가 요구되는바, 조압연용 열간압연유는 합성유와 천연유지를 기유로 하고 여기에 특정의 지방산 및 극압첨가제를 첨가하여 열간 크랙성 및 내 슬림성 그리고 내살거칠어짐성을 겸비한 열간압연유를 제조함으로써, 압연부하조건 및 롤재질이 유사한 조압연 수평롤 및 수직롤 그리고 Crop Shear Knife에 적용할 수 있도록 함에 그 목적이 있는 것이다.

이와같은 목적을 갖는 본 발명은 조압연용 열간압연유를 조성함에 있어서, 주원료인 다가알콜에스테르에 부원료인 천연유지, 광유, 고급지방산, 인계극압제, 황계극압제, 기타 첨가제를 적정비율로 혼합하여서 됨을 특징으로 한다.

도 1a는 비교유에 대한 내열크랙특성 및 표면살거칠어짐 특성을 나타낸 상태도,

도 1b는 본 발명유에 대한 내열크랙특성 및 표면살거칠어짐 특성을 나타낸 상태도,

본 발명은 펜타에리스리톨,솔비톨,네오펜틸글리콜,트리메틸올프로판과 같은 다가 알코올의(C12-C24)지방산 에스테르 및 피마자유,대두유,미강유,채종유등으로 구성된 군으로부터 선택된 1종이상의 천연유지와 광유 그리고 인계 및 황계 극압제 그리고 기타 첨가제를 첨가하여 열간압연 윤활특성과 내슬립성이 우수한 조압연용 열간압연유를 제공한다.

본 발명에서는 종래의 열간사상압연에 기유로 사용되는 광유가 윤활특성(내마모성,내살거칠어짐성)과 내슬림성이 떨어지는 점과, 천연유지류의 윤활특성은 우수하지만 내슬림성이 떨어지는 점을 개선하기 위하여 특정에스테르, 즉 펜타에리스리톨,솔비톨,네오펜틸글리콜,트리메틸올프로판과 같은 다가 알콜지방산 에스테르를 선택하여 천연유지류와 배합하고, 통상의 인계 및 황계 극압첨가제를 적정 함량으로 첨가함으로써 우수한 윤활특성(내마모성,내살표면거침성,내열 크랙성) 및 내슬립성이 우수한 열간압연유를 제공한다.

이하 실시예들을 통하여 본 발명의 조압연용 열간압연유의 제조방법을 섦명한다.

성분	No.1	No.2	No.3	No.4	No.5	No.6	No.7	No.8	No.9	No.10	비교유
천연유지다가알콜에스테르광유고급지방산인계 극압제황계 극압제 기타 첨가제	701352.56.53	204029452	20353742.51.5	107082.51.56.51.5	701452.56.52	882.51.56.51.5	16761.54.02.5	25352052.56.56	256042.56.52	403511 48 2
일반성상
비중(＠40℃)	0.910	0.912	0.908	0.914	0.910	0.928	0.978	0.914	0.912	0.918	0.910
A.V.(KOHmg/g)	26	16	20	19	25	20	0.5	21	21	20	7
S.V.(KOHmg/g)	152	140	142	170	141	223	96	156	181	162	117
점도(＠40℃)	84	95	90	106	116	125	264	128	93	102	84
점도지수	173	129	143	130	129	131	118	125	127	132	112
인화점(℃)	200	236	216	210	210	208	-	-	-	-	170
윤활마모지수(극압성)	71	74	73	81	72	81	75	75	73	72	54
내Heat Crack특성	○	○	○	○	○	◎	×	○	○	○	×
내Slip특성	○	○	○	○	○	◎	×	○	○	×	×
내마모특성	○	○	○	○	○	◎	×	○	○	○	×

범례 : ◎ 우수, ○ 양호, × 불량

본 발명은 조압연용 열간압연유와 종래의 열간압연유에 대하여 다음의 조건에서 내 슬립특성을 비교 시험하였다

롤재질:Adamite roll

압연롤재원:2Hi,Φ310×300(폭)

압하율변화:30%∼80%

압연속도:32mpm(일정)

시편제원:일반탄소강150mm(폭)×200mm(길이)×15mm(두께)

시편가열온도:900℃

윤활조건:롤저면에 대한 솔균일도포방식

일반적으로 기계 윤활의 목적은 윤활효과를 최대한 높히는데 있지만 열간압연에서는 압연의 조건에 따라 윤활의 정도를 적절히 제어할 필요가 있으나, 윤활이 너무 과하게 되면 슬립의 발생을 초래해서 미스롤이 생기는 원인이 된다.

본 실험에서는 열간압연유를 적용치 않은 무윤활의 경우와 비교유 및 10종의 시료유를 가지고 실시하였다. 본 실시에서 얻은 내 슬립특성 시험결과를 하기 표 1에 나타낸다.

내슬립특성 시험결과

시료유항목	No.1	No.2	No.3	No.4	No.5	No.6	No.7	No.8	No.9	No.10	비교유	무윤활
암연가능압하율(%)	55	55	55	55	55	60	45	55	55	50	50	75
슬립발생압하율(%)	60	60	60	60	60	65	50	60	60	55	55	80
점도(40℃)	84	95	90	106	116	125	264	128	93	102	84
점도지수	173	129	143	130	129	131	118	125	127	132	112

[실시예 1]

상기 표 1에서 보는 바와 같이 무윤활일 경우에는 75%의 압하율까지도 압연이 가능하였으나 열간압연유를 적용한 경우에는 최대 60%까지 압연이 가능하였다.

상기 표 1에서 NO 6의 경우.

비교유의 경우 압하율50%까지 압연이 가능하였으며 다가알콜에스테르의 함량이 30% 미만인 경우, No.7의 경우와 다가알콜에스테르와 같이 사용된 천연유지의 함량이 많은 경우,No.10의 경우에는 비교유와 비슷하거나 더 열등한 내 슬립특성을 나타내는 결과를 얻을 수 있다.

본 실시에서 시료유의 내 슬립 특성은 롤부착과 관련이 있는 점도 및 점도지수나 기유를 제외한 첨가제의 종류와 첨가량 보다는 롤에 부착되는 기유의 윤활제어특성에 따르는 결과라 판단되며, 시료유에 첨가된 다가알콜에스테르의 함량증가에 따라 내 슬립 특성이 개선되는 결과를 얻을 수 있었다.

[실시예2]

본 발명의 조압연용 열간압연유와 종래의 열간압연유에 대하여 다음의 압연조건에서 비교시험을 행하였다.

압연기:20톤급 소형 4Hi압연기로 이루어진 고온열간윤활마모시험기

압연롤:Adamite재 압연롤(Φ60×50mm)

압연판재: 보통탄소강(SPCC)20mm(폭)×1t(두께)×600m

판재온도:900℃(N₂가스분위기)

사용압연유:발명유 및 비교유

본 실시에 사용된 압연유와 비교유에 대한 고온 열간윤활압연 조건에서의 마모특성을 비교한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

한편 열간압연유의 공급방법은 냉각수와 열간압연유를 혼합하여 압연롤에 분사하는 Water Injection법으로 하였으며, 분사농도는 0.5%로 하였다.

현장의 압연조건과 유사한 열부하조건을 가하기 위하여 압연유의 분사 및 롤에 대한 냉각을 실시하였다. 롤의 냉각수는 10 liter/min으로 작동롤의 입출측에서 행하였다.

본 실시결과 에스테르의 함량이 적고 광유의 함량이 많은 경우(No. 7)를 제외하고는 천연유지를 다량 함유한 시료(No. 10)를 포함하여 시료유 모두 비교유에 비해 개선된 마모저감효과를 나타내었으며, 압연롤에는 양호한 흑피가 형성되었고, 압연후의 판재표면의 상태도 양호하였다.

또한 도 1a 및 도 1b에서 도시된 바와같이 시료유(No.6)는 롤표면의 거질기가 비교유에 비해 완만하게 변화함으로서 살거칠이짐특성이 개선 되었음을 알 수 있으며, 표면거질기의 깊이 변화도 시료유의 경우 비교유에 비해 얕아져 열사이클하중에 의한 열 크랙이 상당히 완화되었음을 알 수 있어 내 열크랙특성이 크게 되었음을 알 수 있다.

그러므로 비교유의 내마모성 및 내 열크랙성의 개선을 위해서는 다가알콜에스테르와 전연유지 모두 유효하다는 결과를 얻었다.

한편 극압제의 사용은 SHELL식 고속시구시험기(ASTM_D_2783)를 사용하여 시료유의 윤활마모지수를 측정한 결과, 인계 및 황계 극압제의 단독사용(No.2, No.3, No.10)보다는 양 극압제의 혼합 사용(No.4, No.6)이 윤활마모지 사용에 효과가 있으며, 그 첨가량은 총량 8% 이내로 하는 것이 바람직하다.

상기 사용된 극압제의 총량이 8%를 초과(No.1, No.5, No.8, No.9)할 시에는 오히려 윤활마모지수가 저하되는 결과를 얻었다.

열간윤활 마모시뮬레이션 시험결과

시료유항목	No.1	No.2	No.3	No.4	No.5	No.6	No.7	No.8	No.9	No.10	비교유
내 Heat-crack 성	○	○	○	○	○	◎	×	○	○	○	×
내마모성	○	○	○	○	○	◎	×	○	○	○	×
윤활마모지수	71	74	73	81	72	81	75	75	73	72	54

이하 본 발명을 각 구성성분을 중심으로 설명한다.

[기유]

종래의 열간압연유(열간 사상압연)는 기유로서 주로 광유류와 유지류, 또는 이들의 혼합물을 사용하여 왔다. 그러나 광유류는 열간 조압연에 적용하기에는 윤활특성과(내마모성, 배살거질어짐성)과 내슬립성이 열악하며, 천연유지류는 윤활특성은 우수하지만 내슬립성이 떨어지는 현상이 발생하였다.

그러므로 본 발명에서 기유성분으로 우수한 윤활특성과 내슬립성을 갖춘 다가알콜지방산 에스테르를 선택, 적량을 첨가하여 열간조압연유를 발명하고자 하였다.

본 발명에 사용된 다가알콜지방산 에스테르는 단독으로 또는 피마자유, 대두유, 미강유, 개종유둥으로 구성된 군으로부터 선택된 1종이상의 천연유지와 함께 사용하여도 좋다.

다가알콜지방산 에스테르의 함유량은 열간압연유 전체중량기준으로 35%이상 함유하는 것이 바람직하다.

다가알콜지방산 에스테르 함유량이 35%미만일 경우에는 윤활특성 및 내슬립성이 충분히 발휘되지 않으며 (No.7 유와 나머지 시료유의 경우) 에스테르의 함유량이 많아질수록 우수한 윤활특성 및 내슬립성을 얻을 수 있었다.

또한 다가알콜지방산 에스테르와 같이 사용하는 천연유지의 함유량은 30%미만으로 사용하는 것이 바람직하다.

천연유지의 함유량이 30%이상일 때는 윤활특성은 좋지만 내슬립성이 떨어진다.(No.10유와 나머지 시료유의 경우)

[극압제]

본 발명에 사용된 극압제로서는 통상의 열간 압연유용 극압제로 사용되는 인계 극압제 및 황계극압제를 적용하였다.

인계극압제로서는 지방족 아민의 인산열 유도체(Aliphaticamine phosphate). 방향족 아민의 인산염 유도체(Aromatic amine phosphate). 아연 디치오 인산염(Zinc dithio phosphate), 트리알킬 인산염(Trialkyl phosphate)등에서 2종을 선택했으며,

황계 극압제로서는 황화유지, 디도테실 트리설파이드(Didodecyl Trisulfide), 디베질 펜타설파이드(Dibenzyl pentasufide)와 같이 방향족, 혹은 알킬 그룹에 C-S, -S-S-, S-S-S-S,의 구조를 갖는 극압제를 선택하였다.

이러한 극압제의 사용에 있어서는 극압제별 작용온도에 의한 극압성능보안성의 영향으로 저온특성이 좋은 인계와 고온특성이 우수한 황계 극압제의 혼합사용이 내극압성 향상에 (고속사구 시험의 윤활마모지수)효과가 있으며, 그 함량은 인계 및 황계극압제 종량이 8% 이내가 바람직하다.

극압제의 과량사용시에는 오히려 윤활마모지수가 떨어질 수 있으며, 이는 극압제의 증량에 따른 열간압연유의 윤활특성향상에는 한계가 있기 때문이다.

[지방산 및 기타첨가제]

지방산으로는 스테아린산, 우지지방산, 야자지방산, 오레인산, 다이머산등에서 선택된 지방산을 단독 또는 2종의 지방산 혼합으로 적용하였으며 지방산 함량 및 변경에 따른 열간 조압연유의 윤활특성 및 내슬립성의 변화를 찾을 수 없었다.

기타첨가제로서는 산화방지제로서 페놀계 및 황계 산화방지제를 사용하였으며, 경수안정성을 위한 마면염 유도체 와 Poly알콜유도체의 유화제를 사용하였다.

이상과 같은 본 발명의 조압연용 열간압연유는 종래의 다듬질 압연용 열간압연유보다 내열 크랙성성 및 내 슬립성과 열간윤활마모특성이 우수하였고,

조압연공정의 수평롤 뿐만 아니라 수직롤(Edger Roll), Crop Shear Knife용으로도 적용할 수 있는 효과가 잇었다.

Claims

펜타에리스리톨,솔비톨,네오펜틸글리콜,트리메틸올프로판등과 같은 윤활특성과 내슬립성을 갖춘 다가 알코올 지방산(C12-C24)에스테르와; 피마자유,대두유,미강유,채종유등과 같은 천연유지와; 광유와; 지방족 아민의 인산열 유도체. 방향족 아민의 인산염 유도체. 아연 디치오 인산염, 트리알킬 인산염등과 같은 인계 극압제와; 황화유지, 디도테실 트리설파이드, 디베질 펜타설파이드등과 같이 방향족, 혹은 알킬 그룹에 C-S, -S-S-, S-S-S-S,의 구조를 갖는 황계 극압제와; 스테아린산, 우지지방산, 야자지방산, 오레인산, 다이머산등과 같은 고급지방산과; 페놀계 및 황계 산화방지제, 그리고 경수안정성을 위한 마면염 유도체 와 Poly알콜유도체의 유화제등과 같은 기타 첨가제를 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 조압연용 열간압연유 조성물.
제1항에 있어서, 조압연용 열간압연유를 조성하되, 다가 알코올 지방산 에스테르 70%와, 광유 13%와, 고급지방산 5%와, 인계 극압제 2.5%와, 황계 극압제 6.5%와 기타 첨가제 3%를 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 조압연용 열간압연유 조성물.
제1항에 있어서, 조압연용 열간압연유를 조성하되, 다가 알코올 지방산 에스테르 40%와, 천연유지 20%와, 광유 29%와, 고급지방산 4%와, 인계 극압제 5%와 기타 지방산 2%를 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 조압연용 열간압연유 조성물.
제1항에 있어서, 조압연용 열간압연유를 조성하되, 다가 알코올 지방산 에스테르 35%와, 천연유지 20%와, 광유 37%와, 고급지방산 4%와, 인계 극압제 2.5%와, 기타 첨가제 1.5%를 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 조압연용 열간압연유 조성물.
제1항에 있어서, 조압연용 열간압연유를 조성하되, 다가 알코올 지방산 에스테르 70%와, 천연유지 10%와, 광유 8%와, 고급지방산 2.5%와, 인계 극압제 1.5%와, 황계 극압제 6.5%와, 기타 첨가제 1.5%를 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 조압연용 열간압연유 조성물.
제1항에 있어서, 조압연용 열간압연유를 조성하되, 다가 알코올 지방산 에스테르 70%와, 광유 14%와, 고급지방산 5%와, 인계 극압제 2.5%와, 황계 극압제 6.5%와, 기타 첨가제 2%를 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 조압연용 열간압연유 조성물.
제1항에 있어서, 조압연용 열간압연유를 조성하되, 다가 알코올 지방산 에스테르 88%와, 고급지방산 2.5%와, 인계 극압제 1.5%와, 황계 극압제 6.5%와, 기타 첨가제 1.5%를 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 조압연용 열간압연유 조성물.
제1항에 있어서, 조압연용 열간압연유를 조성하되, 다가 알코올 지방산 에스테르 35%와, 천연섬유 25%와, 광유 20%와, 고급지방산 5%와, 인계 극압제 2.5%와, 황계 극압제 6.5%와, 기타 첨가제 6%를 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 조압연용 열간압연유 조성물.
제1항에 있어서, 조압연용 열간압연유를 조성하되, 다가 알코올 지방산 에스테르 60%와, 천연섬유 25%와, 고급지방산 4%와, 인계 극압제 2.5%와, 황계 극압제 6.5%와, 기타 첨가제 2%를 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 조압연용 열간압연유 조성물.