PL197304B1 - Smar odporny na wysoką temperaturę i jego zastosowanie - Google Patents

Abstract

1. Smar odporny na wysok a temperatur e, przeznaczony do smarowania dwóch ruchomych wzgl edem siebie i stykaj acych si e powierzchni, ogrzewanych przedmiotów metalowych, zw laszcza na- rz edzi stalowych, zawieraj acy fosforany metali alkalicznych, znamienny tym, ze smar zawiera przy- najmniej 80% wagowo ortofosforanów metali alkalicznych, przy czym temperatura topnienia smaru jest wy zsza od maksymalnej temperatury roboczej ogrzewanych przedmiotów metalowych i wynosi przy- najmniej 600°C. 8. Zastosowanie smaru zawieraj acego przynajmniej 80% wagowo ortofosforanów metali alka- licznych, którego temperatura topnienia jest wy zsza od maksymalnej temperatury roboczej ogrzewa- nych przedmiotów metalowych i wynosi przynajmniej 600°C, do smarowania trzpienia walcarki do wytwarzania rur bez szwu. PL PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszenia: 368159 (22) Data zgłoszenia: 04.10.2002 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

04.10.2002, PCT/DE02/03772 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

15.05.2003, WO03/040274 PCT Gazette nr 20/03 (11) 197304 (13) B1 (51) Int.Cl.

C10M 173/02 (2006.01) (54)

Smar odporny na wysoką temperaturę i jego zastosowanie (30) Pierwszeństwo:

02.11.2001,DE,10154062.0 (43) Zgłoszenie ogłoszono:

21.03.2005 BUP 06/05 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.03.2008 WUP 03/08 (73) Uprawniony z patentu:

CHEMISCHE FABRIK BUDENHEIM KG, Budenheim,DE (72) Twórca(y) wynalazku:

Norbert Aurin,Ockenheim,DE Karl Gotzmann,Budenheim,DE (74) Pełnomocnik:

Zbigniew Kamiński,

KANCELARIA PATENTOWA (57) 1. Smar odporny na wysoką temperaturę, przeznaczony do smarowania dwóch ruchomych względem siebie i stykających się powierzchni, ogrzewanych przedmiotów metalowych, zwłaszcza narzędzi stalowych, zawierający fosforany metali alkalicznych, znamienny tym, że smar zawiera przynajmniej 80% wagowo ortofosforanów metali alkalicznych, przy czym temperatura topnienia smaru jest wyższa od maksymalnej temperatury roboczej ogrzewanych przedmiotów metalowych i wynosi przynajmniej 600°C.

8. Zastosowanie smaru zawierającego przynajmniej 80% wagowo ortofosforanów metali alkalicznych, którego temperatura topnienia jest wyższa od maksymalnej temperatury roboczej ogrzewanych przedmiotów metalowych i wynosi przynajmniej 600°C, do smarowania trzpienia walcarki do wytwarzania rur bez szwu.

PL 197 304 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest smar odporny na wysoką temperaturę, przeznaczony do smarowania dwóch ruchomych względem siebie i stykających się powierzchni, ogrzewanych przedmiotów metalowych.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie smaru odpornego na wysoką temperaturę.

W celu uzyskania możliwie największej żywotności narzędzi, zwłaszcza trzpieni walcarki do wytwarzania rur stalowych lub rur z metali nieżelaznych bez szwu ważne jest, aby narzędzie było intensywnie smarowane. Powierzchnia trzpieni walcarki powinna być równa i gładka, aby zapewnić równomierny rozpływ przerabianego metalu. Jakość wewnętrznej powierzchni rur bez szwu zależy w dużej mierze od jakości powierzchni trzpienia walcarki, bowiem wszelkie nierównomierności tej powierzchni przenoszą się na jakość powierzchni wewnętrznej rury bez szwu, która może stać się szorstka i falista, powodując znaczną liczbę braków. Żywotność trzpieni walcarki starano się zwiększyć przez stosowanie odpowiednich smarów w procesie wytwarzania rur bez szwu. W procesie formowania metali na gorąco stosuje się różnego rodzaju smary, takie jak tłuszcze, oleje lub mydła, które jednak nie nadają się do pracy w wysokich temperaturach.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 4 300 464 oraz z europejskiego opisu patentowego nr EP 0 554 822 znany jest smar, którego podstawowym składnikiem jest grafit. W połączeniu z nieorganicznymi solami, zwłaszcza z boranami i fosforanami, grafit charakteryzuje się dobrymi właściwościami smarnymi i separacyjnymi. Niekorzystna jest jednakże skłonność grafitu do tworzenia atmosfery nawęglającej powierzchnię przedmiotu, na przykład powierzchnię wytwarzanej rury bez szwu, w wyniku której mogą występować punktowe zgrzeiny między narzędziem i wytwarzanym przedmiotem, powodując szybkie zużywanie się narzędzia oraz powstanie znaczącej liczby braków.

W celu zmniejszenia tego niekorzystnego zjawiska, jako smar odporny na wysoką temperaturę, stosuje się mieszanki soli, które w roboczej temperaturze ulegają stopieniu i jako ciecz mają dobre właściwości smarne.

Z europejskiego opisu patentowego nr EP 0 829 528 znane są mieszanki soli zawierające dodatek substancji tworzącej gaz. W opisie tym wskazano, że proces topienia tych mieszanek soli rozpoczyna się już w temperaturze od 200°C do 250°C, zaś w temperaturze 500°C mieszanka jest już całkowicie stopiona. Dzięki temu już w niskich temperaturach uzyskuje się dobre właściwości smarne.

W przypadku stosowania smarów mających w temperaturze roboczej postać płynną, tworzą się zgorzeliny, zwłaszcza tak zwane zgorzeliny wtórne przywierające do narzędzia, co powoduje, że powierzchnia tego narzędzia, na przykład stalowego trzpienia walcarki staje się chropowata, co z kolei powoduje chropowatość wewnętrznej powierzchni wytwarzanej rury bez szwu. Ponadto pomiary przepływu między pojedynczymi kalibrami walców wykazują, że zgorzeliny powodują zakłócenia własności przepływowych metalu, zwłaszcza metalu wytwarzanej rury bez szwu.

Celem wynalazku jest opracowanie smaru nie zawierającego grafitu, odpornego na działanie wysokich temperatur i polepszającego właściwości smarne w porównaniu do znanych smarów.

Celem wynalazku jest również zastosowanie tego smaru do smarowania trzpieni walcarki, a przez to zwiększenie ich żywotności oraz równoczesne podwyższenie jakości wewnętrznej powierzchni wytwarzanych rur bez szwu.

Cel ten zrealizowano w smarze odpornym na wysoką temperaturę według wynalazku, charakteryzującym się tym, że zawiera przynajmniej 80% wagowo ortofosforanów metali alkalicznych, a jego temperatura topnienia jest wyższa od maksymalnej temperatury roboczej ogrzewanych przedmiotów i wynosi przynajmniej 600°C.

Wprawdzie znane jest dodawanie do smaru nie zawierającego grafitu fosforanów metali alkalicznych, jednakże stanowią one względnie mały procent masy całkowitej smaru, w wyniku czego w temperaturze roboczej smar ten ulega stopnieniu i ma ciekłą postać. Ponadto korzystnie smar według wynalazku winien mieć temperaturę topnienia przynajmniej o 10°C wyższą od maksymalnej temperatury roboczej.

Smar ten winien korzystnie zawierać przynajmniej 95% wagowo ortofosforanów metali alkalicznych, a jego temperatura topnienia winna być wyższa od 1100°C, a korzystnie wyższa od 1200°C.

Jako ortofosforany metali alkalicznych smar według wynalazku zawiera trójfosforany metali alkalicznych, zwłaszcza ortofosforan trójsodu, ortofosforan trójpotasu, trójortofosforan litu oraz ortofosforan trójpotasu, a dodatkowo najwyżej 5% wagowo, a korzystnie od 0,2% do 3% wagowo alkalicznego glinianu albo alkalicznego cynkanu.

Smar według wynalazku ma postać wodnego roztworu.

Cel wynalazku zrealizowany jest również przez jego zastosowanie do smarowania trzpieni walcarki do wytwarzania rur bez szwu.

PL 197 304 B1

Ponadto smar według wynalazku może być korzystnie stosowany do smarowania łożysk ślizgowych, w których występuje wysoka temperatura, także w przypadku wszystkich przedmiotów metalowych, z których jedne stanowi narzędzie, a drugie przedmiot obrabiany, jak ma to miejsce w przypadku smarowania trzpieni walcarki do wytwarzania rur bez szwu. Ponadto smar według wynalazku może być stosowany w przypadku dowolnych przedmiotów metalowych, a zwłaszcza przedmiotów stalowych.

Jako maksymalną roboczą temperaturę określa się w niniejszym opisie temperaturę smarowanych powierzchni, która winna być niższa od temperatury topnienia smaru. W procesach obróbki za pomocą narzędzi z reguły przedmiot obrabiany ma wyższą temperaturę niż narzędzie, jak to ma miejsce w przypadku trzpieni walcarki do wytwarzania rur bez szwu. Maksymalną temperaturą roboczą, od której winna być wyższa temperatura topnienia smaru, jest w tym przypadku temperatura przedmiotu o wyższej temperaturze, na przykład przedmiotu obrabianego.

Korzystne jest, gdy smar według wynalazku ma postać wodnego roztworu, bowiem w tej postaci może być natryskiwany lub nanoszony w każdy inny sposób na powierzchnię stalowego narzędzia, zwłaszcza trzpienia walcarki do wytwarzania rur bez szwu. Następstwem powstania pary wodnej w wyniku rozgrzania tego roztworu jest wytworzenie cienkiej warstewki rozdzielającej i smarującej, dzięki czemu smar, ze względu na swą wysoką temperaturę topnienia, nie zostaje stopiony na powierzchni narzędzia, na przykład trzpienia walcarki i nie powoduje powstania zgorzelin. Po wysuszeniu smar ma postać bardzo drobnych cząsteczek, które wypełniają chropowatości powierzchni narzędzia wygładzając ją, a tym samym umożliwiają uzyskanie gładkiej, wysokiej jakości powierzchni przedmiotu obrabianego, zwłaszcza wytwarzanej rury bez szwu. Smar odporny na wysoką temperaturę według wynalazku nadaje się szczególnie do stosowania w walcarkach Assela pracujących z technologią „swobodnego trzpienia. Jego zastosowanie w przypadku walcowania ciągłego, na przykład według zasady „senifloating ma duży wpływ na wysoką jakość powierzchni wewnętrznej, żywotność trzpienia oraz wydajność walcowania.

Smar według wynalazku w postaci klarownego roztworu wodnego nanosi się na powierzchnię trzpienia za pomocą układu hydrodynamicznego wyposażonego w pompę i w szereg dysz. Natryskiwanie jest również możliwe za pośrednictwem powietrza przez dwustopniową dyszę. Smar może być także stosowany w postaci proszku.

Temperatura topnienia smaru według wynalazku winna być wyższa przynajmniej o 10°C od maksymalnej temperatury roboczej. Smar zawiera jeden lub kilka ortofosforanów metali alkalicznych, których zawartość winna wynosić przynajmniej 95% wagowo. W przypadku zawartości kilku ortofosforanów metali alkalicznych należy zwrócić uwagę, aby temperatura topnienia mieszanki była wyższa od maksymalnej temperatury roboczej.

Smar może również zawierać maksymalnie do 20% wagowo, a najkorzystniej do 5% wagowo innych substancji, w tym również niewielką ilość grafitu, co jednak nie jest zalecane.

Jako ortofosforany metali alkalicznych mogą być stosowane: ortofosforan trójsodu o temperaturze topnienia 1583°C, ortofosforan trójpotasu o temperaturze topnienia 1340°C oraz ortofosforan trójlitu o temperaturze topnienia 850°C. Szczególnie korzystne jest stosowanie ortofosforanu trójsodu, a zwłaszcza trójpotasu. W przypadku, gdy temperatura topnienia smaru jest wystarczająco wysoka, można również dodawać w niewielkich ilościach inne fosforany.

Dodatek niewielkiej ilości alkalicznego glinianu oraz/lub alkalicznego cynkanu powoduje rozdrobnienie cząsteczek smaru i zwiększa jego przyczepność do smarowanej powierzchni metalu. Korzystnie smar winien zawierać najwyżej 5% wagowo, a korzystnie od 0,2 do 4% wagowo alkalicznego glinianu oraz/lub alkalicznego cynkanu. Super drobne cząsteczki smaru wnikają we wszystkie nierówności smarowanej powierzchni, zamykając je, dzięki czemu nie powstają zgorzeliny, a smar działa dodatkowo jako środek wygładzający.

Rzeczywista temperatura topnienia smaru zależy od maksymalnej temperatury roboczej dwóch stykających się i wzajemnie ruchomych powierzchni przedmiotów metalowych. W przypadku stosowania smarów w procesach wytwarzania rur z metali kolorowych lub z aluminium, temperatura smaru może być stosunkowo niska, ponieważ wytwarzanie przedmiotów z tych metali odbywa się w znacząco niższych temperaturach niż analogicznych przedmiotów stalowych.

Natomiast wytwarzanie przedmiotów ze stali wymaga stosowania smaru o znacznie wyższej temperaturze topnienia, zależnej od rodzaju stali. W przypadku stali chromo-niklowej jej temperatura robocza wynosi od 1050°C do 1100°C, w związku z czym temperatura topnienia smaru stosowanego do smarowania narzędzi służących do wytwarzania przedmiotów stalowych, na przykład trzpieni walcarki do wytwarzania rur stalowych bez szwu powinna być wyższa od 1100°C, a korzystnie od 1200°C. W przypadku smarowania narzędzi do wytwarzania przedmiotów z metali kolorowych tempe4

PL 197 304 B1 ratura topnienia smaru winna wynosić od 600°C do 650°C. Różne temperatury topnienia smaru według wynalazku uzyskuje się przez odpowiednią kombinację ilości stosowanych składników smaru. Dla każdego procesu roboczego winien być zatem wybrany odpowiedni smar, którego temperatura topnienia winna być nieco wyższa od temperatury roboczej tego procesu.

Poniższe przykłady ilustrują celowość zastosowania smaru według wynalazku.

P r z y k ł a d 1

Dla walcarki wydłużającej ze swobodnym trzpieniem odpowiednia jest mieszanina złożona z 99% wagowo ortofosforanu trójpotasu i 1% wagowo cynkanu sodu w postaci 10% roztworu wodnego, wypełniającego zbiornik smaru przeznaczonego do chłodzenia i smarowania trzpienia. Temperatura kąpieli i trzpienia wynosi od 80°C do 90°C. Po wysuszeniu trzpienia wydłużającego jest on pokryty białą cienką warstewką smaru. Za pomocą walcarki wydłużającej można wytwarzać przedmioty ze stali zarówno nisko, jak i średniostopowej. Żywotność trzpienia wydłużającego przy stosowaniu smaru według wynalazku staje się o 25% wyższa w porównaniu do trzpieni smarowanych znanymi smarami. Chropowatość wewnętrznej powierzchni rury przeznaczonej na łożyska toczne jest zredukowana z 22 (im do 10 gm.

P r z y k ł a d 2

W przypadku wytwarzania rur bez szwu przy użyciu ławy przepychowej, trzpień o średnicy 130 mm natryskiwany jest 20% roztworem smaru, składającego się z 98% wagowo ortofosforanu trójpotasu i 2% wagowo glinianu sodu. Temepratura trzpienia wynosiła 450°C, przy czym na jego powierzchni została wytworzona cienka, biała warstewka smaru.

Smar zastosowano do walcowania rur ze stali średnio i wysokostopowej. Siłę uderzenia między klatkami walcowniczymi zredukowano w stosunku do stosowanych zwyczajowo smarów o 35%, a trwałość trzpienia wzrosła o 20%.

Gładkość wewnętrznej powierzchni rury była wyższa niż w przypadku stosowania znanych smarów, a ilość braków zmniejszyła się z 4% do poniżej 1%.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Smar odporny na wysoką temperaturę, przeznaczony do smarowania dwóch ruchomych względem siebie i stykających się powierzchni, ogrzewanych przedmiotów metalowych, zwłaszcza narzędzi stalowych, zawierający fosforany metali alkalicznych, znamienny tym, że smar zawiera przynajmniej 80% wagowo ortofosforanów metali alkalicznych, przy czym temperatura topnienia smaru jest wyższa od maksymalnej temperatury roboczej ogrzewanych przedmiotów metalowych i wynosi przynajmniej 600°C.
2. 2. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura topnienia smaru jest wyższa przynajmniej o 10°C od maksymalnej temperatury roboczej.
3. 3. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera przynajmniej 95% wagowo ortofosforanów metali alkalicznych.
4. 4. Smar według zastrz. 1, do smarowania narzędzi do obróbki przedmiotów stalowych, znamienny tym, że temperatura topnienia smaru jest wyższa od 1100°C, a korzystnie wyższa od 1200°C.
5. 5. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ortofosforany metali alkalicznych zawiera trójfosforany metali alkalicznych, zwłaszcza ortofosforan trójsodu, ortofosforan trójpotasu, trójortofosforan litu oraz ortofosforan trójpotasu.
6. 6. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo zawiera najwyżej 5% wagowo, a korzystnie od 0,2% do 3% wagowo alkalicznego glinianu i/lub alkalicznego cynkanu.
7. 7. Smar według zastrz. 1, znamienny tym, że ma postać wodnego roztworu.
8. 8. Zastosowanie smaru zawierającego przynajmniej 80% wagowo ortofosforanów metali alkalicznych, którego temperatura topnienia jest wyższa od maksymalnej temperatury roboczej ogrzewanych przedmiotów metalowych i wynosi przynajmniej 600°C, do smarowania trzpienia walcarki do wytwarzania rur bez szwu.