PL249999B1 - Olej do hartowania stali na bardzo gorąco - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest olej do hartowania stali na bardzo gorąco, który zawiera 88,5% - 94,6% (m/m) wosku - zmodyfikowanej lanoliny o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C 485,0 - 598,0 mm2/s i o temperaturze płynięcia 2°C – 16°C i która charakteryzuje się zakresem destylacji takim, że mniej niż 5% V/V destyluje do 458°C i co najmniej 95% V/V destyluje do 645°C oraz zawiera jeden pakiet dodatków uszlachetniających w ilości: a) 2,0% - 6,8% (m/m) pakietu dodatków uszlachetniających zawierającego od 10% do mniej niż 20% (m/m) soli wapniowych długołańcuchowych alkilopochodnych kwasu salicylowego i od 10% do mniej niż 20% (m/m) mieszaniny soli sodowych nasyconych liniowych (C10-C47)-alkilo-arylowych pochodnych kwasów benzenosulfonowych pochodzących z ropy naftowej i od 1% do mniej niż 3% (m/m) estrów kwasu 3-(3,5-di-tert-butylo-4-hydroksyfenylo)propionowego z alkoholami mającymi rozgałęzione grupy (C7-C9)-alkilowe, rozpuszczonych w mineralnym oleju bazowym, którego zawartość w pakiecie stanowi uzupełnienie do 100% (m/m), a ponadto zawiera 2 dodatki uszlachetniające o rożnych funkcjach, w ilościach: b) 0,3% - 3,5% (m/m) bezpopiołowego dyspergatora, typu mono- i/lub bis-polibutenobursztynoimidów, o liczbie zasadowej co najwyżej 18 mg KOH/g i o lepkości w temperaturze 100°C co najwyżej 330 mm2/s, c) 0,8% - 4,5% (m/m) modyfikatora lepkości - polimeru estrów kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego z alkoholami (C1—C18) - alifatycznymi, rozpuszczonego w mineralnym oleju bazowym i o lepkości całej mieszaniny w temperaturze 100°C mieszczącej się w granicach od 660 mm2/s do 980 mm2/s.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest olej do hartowania stali na bardzo gorąco stosowany w procesach hartowania wyrobów stalowych.

Hartowanie jest rodzajem obróbki cieplnej zwykłej materiałów, która polega na nagrzaniu detalu do odpowiedniej temperatury, przetrzymaniu go w tej temperaturze przez czas konieczny do przebudowy struktury wewnętrznej hartowanego materiału, a następnie na odpowiednio szybkim jego schłodzeniu. Podczas nagrzewania i utrzymywania materiału w wysokiej temperaturze, jego struktura zaczyna się zmieniać. W przypadku stali, oznacza to zwiększenie granicy plastyczności i sprężystości, ale staje się ona znacznie bardziej krucha. Hartowanie jest procesem cieplnym, któremu poddawana jest stal, składającym się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących etapów. Pierwszy etap to nagrzewanie do temperatury powyżej przemiany austenitycznej (dla stali węglowej 723°C) (zwykle 30°C do 50°C powyżej temperatury przemiany austenitycznej) i wygrzewanie, tak długo jak to potrzebne, by nastąpiła ona w całej objętości hartowanego obiektu. Drugim etapem jest szybkie schładzanie. Szybkość schładzania musi być taka, by z austenitu nie zdążył wydzielić się cementyt i jego struktura została zachowana do temperatury przemiany martenzytycznej lub bainitycznej. Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Przy hartowaniu niezwykle istotnym jest dobór szybkości schładzania. Zbyt wolne schładzanie powoduje wydzielanie się cementytu i uniemożliwia przemianę martenzytyczną, podczas gdy zbyt szybkie chłodzenie powoduje powstanie zbyt dużych naprężeń hartowniczych, które mogą doprowadzić do trwałych odkształceń hartowanego elementu lub jego pęknięć. Najczęściej proces hartowania stosuje się w przetwórstwie żelaza, które z licznymi pierwiastkami tworzy roztwory stałe, czyli stopy. Najszerzej rozpowszechnionymi stopami żelaza są stałe roztwory z węglem. W zależności od zawartości węgla w stopie żelaza wyróżnia się: stal - do 2% C, żeliwo - powyżej 2% C.

W procesie hartowania w charakterze cieczy chłodzących stosowane są stopione sole, woda, wodne roztwory soli, wodne roztwory poliglikoli oraz oleje naftowe. W zależności od typu stosowanej cieczy hartowniczej i temperatury hartowania proces hartowania doprowadza do zmiany struktury metalograficznej całej masy metalu jako tak zwane hartowanie wgłębne lub warstw powierzchniowych metalu. Proces ten zależy od rodzaju cieczy hartowniczej, temperatury kąpieli hartowniczej oraz szybkości chłodzenia metalu. Mechanizm działania cieczy hartowniczych polega na odebraniu ciepła ogrzewanemu elementowi stalowemu i spowodowanie spadku temperatury, którego następstwem są przemiany strukturalne.

Faza I - utworzenie się otoczki parowej, która działa jako izolacja cieplna. Zdolność chłodzenia w tej fazie jest stosunkowo mała i następuje w wyniku promieniowania i przewodnictwa cieplnego par.

Faza II - wrzenia. Powłoka par ulega zniszczeniu i następuje intensywne wrzenie. W wyniku znacznego w tym okresie parowania, ciecz hartownicza odbiera bardzo dużo ciepła. W okresie wrzenia uzyskuje się największą szybkość chłodzenia. Uzyskiwana w okresie II wymiana ciepła powodowana odparowywaniem i ponownym kondensowaniem par zależy od własności ciekłego ośrodka hartowniczego a w szczególności od temperatury początku i zakresu wrzenia cieczy.

Faza III -konwekcja. Temperatura powierzchni metalu spada poniżej temperatury wrzenia cieczy, ciecz przestaje wrzeć i następuje chłodzenie przez konwekcję.

W zależności od przewodnictwa cieplnego oraz lepkości ciekłego ośrodka hartowniczego szybkość chłodzenia spada stopniowo i dość znacznie.

Wyżej podane trzy fazy chłodzenia występują tylko wówczas gdy temperatura początku wrzenia i zakres wrzenia medium hartowniczego leżą poniżej temperatury hartowania.

Tak jest w przypadku roztworów wodnych i olejów, natomiast przy stosowaniu kąpieli ze stopionych metali, których zakres wrzenia leży powyżej temperatury hartowania, chłodzenie następuje tylko przez konwekcję.

W procesie hartowania jako media chłodzące często stosowane są oleje hartownicze pochodzenia naftowego. Oleje te wytwarza się na bazie wysokiej jakości olejów mineralnych (pochodzących z przeróbki ropy naftowej) lub syntetycznych, wzbogaca o dodatki funkcyjne, poprawiające właściwości użytkowe. Oleje hartownicze powinny charakteryzować się specjalnymi właściwościami funkcjonalnymi, takimi jak: doskonała stabilność termiczna i odporność na utlenianie, szybki początkowy i powolny proces chłodzenia końcowego zapewniający szybkość chłodzenia większą niż tzw. krytyczna szybkość hartowania (chłodzenia).

Oleje hartownicze zawierają wysokiej jakości oleje bazowe, mineralne lub syntetyczne oraz dodatki uszlachetniające w celu modyfikacji ich właściwości chłodzących.

Podstawowe dodatki do olejów do hartowania można podzielić na następujące rodzaje:

• dodatki antyutleniające, które opóźniają procesy starzenia olejów, • dodatki powierzchniowo-aktywne (dodatki dyspergujące i detergenty), które przyspieszają powstawanie fazy wrzenia pęcherzykowego zwiększając przez to szybkość chłodzenia oraz przeciwdziałają gromadzeniu się osadów na powierzchniach hartowanych detali, poprawiając czystość powierzchni.

Opis patentowy US3489619 dotyczy kompozycji olejowych opisanych jako mające dobrą stabilność w wysokiej temperaturze i użytecznych jako olej do przenoszenia ciepła do hartowania metali. Olej zawiera większą część węglowodorowego oleju smarowego, w którym została zdyspergowana niewielka część fosforanu, krzemianu lub boranu metalu alkalicznego za pomocą małej ilości kwasu monokarboksylowego, kwasu dikarboksylowego lub dikarboksylowego o wysokiej masie cząsteczkowej.

Patent US3567640 dotyczy kompozycji oleju do hartowania składającej się z większej części oleju naftowego o lepkości w zakresie od około 40 do około 300 SUS w temperaturze 100 F i temperaturze zapłonu powyżej 250 F i około 2% do około 15% wagowych dodatku do oleju oziębiającego, który jest rozpuszczalną w oleju żywicą naftową wytworzoną z destylatów krakowanego surowca naftowego o temperaturze topnienia co najmniej 40°C i wartości punktu anilinowego poniżej 50°C.

Patent US3855014 dotyczy ulepszonej kompozycji oleju oziębiającego zawierającej większą ilość oleju oziębiającego o lepkości smarującej; niewielką ilość co najmniej jednego polifenolowego związku metalu związanego z węglem wystarczającą do polepszenia właściwości przeciwplamiących kompozycji i co najmniej jedną naftyloaminę wystarczającą do polepszenia odporności kompozycji na utlenianie. Kompozycja może również zawierać niewielką ilość co najmniej jednego z pewnych składników diaminowych, o których mówi się, że zapewniają dalszą poprawę odporności na utlenianie.

Patent US5015404 dotyczy kompozycji olejowej zawierającej 100 części wagowych oleju bazowego wybranego z grupy składającej się z mineralnego oleju bazowego, syntetycznego oleju bazowego i ich mieszanin oraz 0,1 do 20 części wagowych uwodornionego oleju otrzymanego przez uwodornienie oleju wybranego z grupy składającej się ze smoły typu węglowego, oleju otrzymywanego przez frakcjonowanie smoły typu węglowego, węglowodoru otrzymanego z krakingu termicznego ropy naftowej o temperaturze wrzenia nie niższej niż 200°C, węglowodoru otrzymanego przez katalityczny kraking ropy naftowej o temperaturze wrzenia nie niższej niż 200°C, węglowodoru otrzymanego z reformingu katalitycznego ropy naftowej o temperaturze wrzenia nie niższej niż 200°C, oraz ich mieszanin, przy czym uwodorniony olej ma właściwości oddawania wodoru nie niższe niż trzykrotność oddawania wodoru przez olej bazowy w temperaturach nie niższych niż 350°C.

Patent US5250122 ujawnia kompozycję oleju do obróbki cieplnej, która zawiera (A) co najmniej jeden olej bazowy wybrany spośród oleju mineralnego i oleju syntetycznego, z których każdy ma zawartość siarki nie większą niż 300 ppm i (B) co najmniej jeden wybrany składnik spośród soli metali ziem alkalicznych kwasu salicylowego. Ujawniono również kompozycję olejową do obróbki cieplnej, która zawiera (I) olej bazowy o zawartości siarki od 3 do 1000 ppm składający się ze wspomnianego składnika (A) i (C), co najmniej jednego składnika wybranego spośród siarki i związku siarki, wraz z (II) różnymi dodatkami do hartowania. Uważa się, że ta kompozycja olejowa do obróbki cieplnej jest odpowiednia do hartowania w warunkach wysokiej temperatury oleju i jest zdolna do uzyskania poddanego obróbce metalu o doskonałej jasności i mającego zminimalizowane zniekształcenia.

Opis patentowy US5376186 ujawnia kompozycję oleju do obróbki cieplnej, która zawiera olej bazowy dostosowany do całkowitej zawartości siarki od 3 do 1000 ppm, zawierający (A) co najmniej jeden olej bazowy wybrany spośród oleju mineralnego i oleju syntetycznego, z których każdy zawiera siarkę w ilości nie większej niż 300 ppm i (C) co najmniej jeden składnik wybrany spośród siarki i związku siarki, oraz (B) co najmniej jeden dodatek wybrany spośród soli metalu ziem alkalicznych kwasu sulfonowego, soli fenolu, alkenylobursztynowych pochodnych kwasów, kwasu tłuszczowego lub jego pochodnych oraz przeciwutleniaczy na bazie fenolu i amin. Wyżej wymieniona kompozycja olejowa do obróbki cieplnej jest uważana za odpowiednią do hartowania w warunkach wysokiej temperatury oleju w celu uzyskania poddanego obróbce produktu metalowego o doskonałej jasności i niewielkim odkształceniu.

Patent US5487796 dotyczy sposobu hartowania metali, w szczególności stopów stali, obejmującego obróbkę hartowanego artykułu we wrzącym wodnym roztworze tetraboranu sodu, przy czym do kąpieli hartowniczej dodatkowo wprowadza się gaz. Zasilanie gazem umożliwia ciągłą pracę w szerokim zakresie zastosowań i pozwala uniknąć stosowania konwencjonalnych, mniej przyjaznych dla środowiska mediów hartowniczych (oleje).

W opisie patentowym US6239082 ujawniono oleje do hartowania opisane jako skuteczne w szybkim chłodzeniu rozgrzanych metali i hartowaniu metali. Oleje do obróbki cieplnej zawierają naturalne lub syntetyczne oleje bazowe o minimalnej temperaturze zapłonu około 120°C oraz kombinację poli(izo)alkilenu i poli(izo)alkilenobezwodnika bursztynowego lub kwasu bursztynowego. Ujawniono również sposób chłodzenia ogrzanego metalu w celu jego utwardzenia, poprawy konsystencji metalurgicznej, poprawy skrawalności i zmniejszenia pozostałości na hartowanych częściach metalowych, obejmujący hartowanie ogrzanego metalu w oleju do hartowania zawierającym naturalne lub syntetyczne oleje bazowe o minimalnej temperaturze zapłonu około 120°C oraz kombinację poli(izo)alkilenu i poli(izo)alkilenobezwodnika bursztynowego lub kwasu bursztynowego.

W opisie patentowym CN111868269 przedstawiono kompozycję oleju do obróbki cieplnej, która umożliwia tłumienie odkształceń podczas hartowania i zmienności odkształceń oraz uzyskanie lepszej twardości podczas hartowania. Kompozycja oleju do obróbki cieplnej zawiera olej bazowy (A) i środek rozrywający warstwę pary (B). Skład oleju do obróbki cieplnej sprawia, że na krzywej chłodzenia uzyskanej zgodnie z metodą badania wydajności chłodzenia JIS K2242:2012, czas w sekundach do 300°C, np. czas chłodzenia od 800°C do 300°C wynosi co najmniej 6,5 sekundy, ale mniej niż 10 sekund. Składnik (A) zawiera olej bazowy o niskiej lepkości kinematycznej 1 mm2/s lub więcej i mniej niż 85 mm²/s przy 40°C i olej bazowy o wysokiej lepkości 85-550 mm²/s. Zawartość składnika (A) wynosi 10 do 99,9% masowych. Składnik (B) zawiera żywicę naftową, której temperatura mięknienia wynosi 40 do 150°C. Średnia masa cząsteczkowa (Mn) żywicy naftowej wynosi 200 do 5000. Zawartość żywicy naftowej wynosi 0,1 do 90% masowych w stosunku do całej kompozycji. Kompozycja olejowa zawiera ponadto (C) detergent i dyspergator na bazie metalu w ilości 0,01-10% masowych w stosunku do całej kompozycji.

W opisie patentowym US5376186 przedstawiono sposób wytwarzania kompozycji oleju do obróbki cieplnej, która zawiera (I) olej bazowy o zawartości siarki od 3 do 1000 ppm składający się z (A) co najmniej jednego składnika wybranego z grupy obejmującej olej mineralny i olej syntetyczny, z których każdy zawiera siarkę o zawartości nie większej niż 300 ppm oraz (C) co najmniej jednego składnika wybranego z grupy obejmującej siarkę i związek siarki w ilości wymaganej do dostosowania zawartości siarki w oleju bazowym od 3 do 100 ppm, oraz (II) co najmniej jeden dodatek (B) wybrany z grupy składającej się z soli metalu ziem alkalicznych kwasu sulfonowego, soli metalu ziem alkalicznych fenolu, pochodnych kwasu alkenylobursztynowego, kwasu tłuszczowego lub jego pochodnych, przeciwutleniaczy na bazie fenolu i przeciwutleniaczy na bazie amin. Olej syntetyczny składa się zasadniczo z oligomeru olefinowego mającego od 8 do 12 atomów węgla lub uwodornionego produktu oligomeru olefinowego. Metalem ziem alkalicznych jest Ca, Ba lub ich mieszanina.

W opisie patentowym US2018023021 przedstawiono sposób wytwarzania kompozycji olejowej do obróbki cieplnej o lepkości kinematycznej w 100°C wynoszącej od 10 do 30 mm²/s, zawierającej: od 10 do 99,9% masowych (A) oleju bazowego o lepkości kinematycznej w 40°C wynoszącej od 40 do 500 mm²/s i od 0,1 do 90% masowych (B) co najmniej jednego składnika wybranego z grupy składającej się z żywicy naftowej, pochodnej żywicy naftowej i ich mieszaniny. Kompozycja olejowa do obróbki cieplnej, zgodnie z krzywą chłodzenia uzyskaną według metody badania zdolności chłodzenia JIS K2242:2012, ma charakterystyczny czas chłodzenia z temperatury 800°C do 300°C, wynoszący od 6,00 sekund do 14,50 sekundy.

W opisie patentowym WO03052145 przedstawiono sposób wytwarzania kompozycji oleju do hartowania zawierającej (1) mieszaninę hydrorafinowego mineralnego oleju parafinowego o lepkości kinematycznej około 60 do około 90 SUS i oleju syntetycznego oligomeru poli-alfaolefiny, kompozycja ma lepkość kinematyczną w 40°C w zakresie od około 40 do około 200 SUS i zawartość nasycenia od około 80% do około 100%; (2) od 0,2% do około 5% wagowych kopolimeru izobutylen-polien, oraz (3) a) od 0,2% do około 4% wagowych soli metalu fenoli podstawionych węglowodorami, kwasy salicylowe i kwasy sulfonowe oraz sole metali ziem alkalicznych pochodnych saligeniny podstawionych węglowodorami; oraz (b) od 0,1 do około 4% wagowych podstawionych węglowodorami amidów bursztynowych, imidów, soli amin, amidów kwasowych i soli kwasowo-aminowych.

W opisie patentowym WO2019006660 przedstawiono sposób wytwarzania kompozycji olejowej o doskonałej stabilności szybkości chłodzenia, charakteryzującej się tym, że kompozycja zawiera następujące składniki w procentach wagowych: rafinowany olej mineralny 80-98%, żywica naftowa 1-10%, bisfenol 0,1-5%, aminotiomrówczan metylu 0,01-3%, alkilotiadiazol 0,001-5%, sól metalu alkilosulfonianu 0,1~5%.

W opisie patentowym CN111074045 przedstawiono sposób wytwarzania oleju szybko hartującego nabłyszczającego, który charakteryzuje się tym, że jest wytworzony z następujących składników w procentach wagowych: olej bazowy 80-92%, czynnik chłodniczy 4-10%, środek powierzchniowo czynny 1,5-5%, dyspergator pomocniczy 0,5-3% i przeciwutleniacz 0,5-2%.

Olej bazowy posiada lepkość kinematyczną w 40°C nie przekraczającą 30 mm²/s i stanowi jeden lub mieszaninę większej ilości mineralnych olejów bazowych. Zawartość węglowodorów nasyconych w mineralnym oleju bazowym jest większa lub równa 90%, zawartość naftenów jest większa lub równa 40%, a wskaźnik lepkości oleju bazowego jest większy lub równy 90. Środkiem powierzchniowo czynnym jest oleinian imidazoliny i/lub amid kwasu oleinowego. Pomocniczym dyspergatorem jest sukcynoimid poliizobutylenu.

Przeciwutleniacz jest mieszaniną przeciwutleniacza fenolowego i przeciwutleniacza aminowego. Stosunek masowy mieszania przeciwutleniacza fenolowego i przeciwutleniacza aminowego wynosi 1:1,5-3.

W opisie patentowym WO2009016942A1 przedstawiono sposób wytwarzania kompozycji olejowej do obróbki cieplnej o temperaturze zapłonu 180°C lub wyższej, otrzymanej przez zmieszanie oleju bazowego, 0,1 do 20% masowych (A) metalicznego detergentu-dyspergatora wybranego spośród: soli metali kwasu sulfonowego, fenolu i kwasu salicylowego, w której metalem składnika (A) jest metal ziem alkalicznych i 0,1 do 20% masowych (B) alifatycznego kwasu monokarboksylowego mającego od 8 do 20 atomów węgla. Stosunek masowy składnika (B) do składnika (A) wynosi od 0,1 do 2.

W opisie patentowym PL192434 przedstawiono sposób wytwarzania oleju do obróbki cieplnej metali zawierającego oleje naftenowe i dodatki podwyższające szybkość chłodzenia, który to olej jest znamienny tym, że zawiera 40-98 części masowych głęboko rafinowanego oleju naftenowego, 0-50 części masowych głęboko rafinowanego oleju naftowego wytworzonego z odasfaltowanej propanem pozostałości z destylacji próżniowej ropy naftowej oraz 0,5-5 części masowych pakietu dodatków uszlachetniających zawierających 40-70% masowych bis poliizobutylenobursztynoimidu o zawartości azotu 0,8-1,4%, 30-60% masowych nadzasadowego alkilosalicylanu wapnia, 0,5% masowych znanego inhibitora utleniania, korzystnie di(2,6-diizobutylofenylo)metanu.

Zgłoszenie patentowe CN107151728A opisuje olej hartowniczy składający się z genetycznie modyfikowanego oleju sojowego stosowanego jako olej bazowy oraz dodatków typu poprawiających szybkość chłodzenia, dodatek przeciwutleniający i dyspergator, rozjaśniacz i środek przeciwrdzewny, tak aby rozkład prędkości chłodzenia na wszystkich etapach chłodzenia oleju do obróbki cieplnej mógł być skutecznie poprawiany.

Zgłoszenie patentowe CN105483338A ujawnia olej do hartowania na bazie oleju roślinnego, który może ulegać całkowitej degradacji biologicznej. Olej hartowniczy na bazie oleju roślinnego charakteryzuje się tym, że składa się z następujących składników w częściach wagowych: 70-90 części wysokooleinowego oleju roślinnego; 3-10 części naturalnych przeciwutleniaczy, którymi są: jeden przeciwutleniacz lub dowolna mieszanina przeciwutleniaczy wybranych spośród witaminy E, rozpuszczalnych w oleju roślinnym herbacianych polifenoli lub oleju sezamowego; oraz 5-10 części epoksydowanego oleju rycynowego, przy czym zawartość kwasu oleinowego w oleju roślinnym o wysokiej zawartości kwasu oleinowego wynosi >60%.

Zgłoszenie patentowe CN108559824A opisuje kompozycje cieczy pochodzenia roślinnego stosowanej w obróbce cieplnej metali, składającej się z następujących surowców w częściach wagowych: 50-108 części składu oleju roślinnego, 30-46 części oleju bazowego o lepkości dynamicznej 5-40 mm²/sek. w 100°C, 20-50 części oleju bazowego mineralnego, 0,5-5 części dodatku wybielającego, 3-6 części terpentyny.

Zgłoszenie patentowe CN110306023A opisuje olej do obróbki cieplnej metali wytworzony z oleju palmowego. Olej palmowy jest stosowany jako olej bazowy i zawiera wiele funkcjonalnych dodatków uszlachetniających, w tym polepszacz wydajności chłodzenia, dodatek przeciwutleniający, dyspergator czyszczący, rozjaśniacz i środek przeciwrdzewny, dzięki czemu rozkład prędkości chłodzenia każdego etapu chłodzenia oleju do obróbki cieplnej można skutecznie poprawić, etap wrzenia filmu w oleju do obróbki cieplnej jest wyeliminowany, a metoda jest szczególnie odpowiednia do hartowania stopniowego i hartowania izotermicznego przedmiotów metalowych.

Patent PL239042 dotyczy wynalazku, którym jest ciecz hartownicza oraz sposób hartowania, mający zastosowanie w procesach obróbki cieplnej stali, zwłaszcza hartowania izotermicznego części maszyn. Według patentu PL239042 są to ciecze hartownicze, których bazę olejową stanowi od 70 do 90 części masowych wysokooleinowego oleju roślinnego, którym jest olej rzepakowy, olej słonecznikowy lub ich mieszanina, zawierające ponadto naturalny przeciwutleniacz, którym jest witamina E oraz dodatkowe składniki, które to ciecze hartownicze są znamienne tym, że zawartość witaminy E wynosi od 10 do 20 części masowych, zawartość dodatków wynosi od 0 do 10 części masowych, natomiast zawartość oleinowego kwasu tłuszczowego w oleju roślinnym wynosi co najmniej 70%, oraz zawartość wody w płynie hartowniczym jest mniejsza niż 0,02%.

Celem wynalazku jest opracowanie składu oleju do hartowania stali na bardzo gorąco, zawierającego olej bazowy z surowców odnawialnych, którym jest wosk - zmodyfikowana lanolina, który to olej do hartowania stali na bardzo gorąco cechowałby się doskonałą kompatybilnością dodatków uszlachetniających z olejem bazowym i wykazywałby w badaniach dobre parametry charakterystyki krzywej chłodzenia, z widocznym podwyższaniem temperatury początku fazy wrzenia oraz z zachowaniem stabilnych parametrów pracy podczas obróbki cieplnej i zapewniałby uzyskanie pożądanej struktury martenzytycznej lub bainitycznej hartowanych detali.

Lanolina to złożony wosk - jest mieszaniną długołańcuchowych estrów pochodzących z wyższych alkoholi, głównie alkoholi o skondensowanych pierścieniach (steroli) i prawie 100 rodzajów kwasów tłuszczowych lanoliny i ponad 70 rodzajów alkoholi lanolinowych i zawierających do około dziesięciu procent wolnych alkoholi ze sterolami, kilka % węglowodanów i śladowe ilości wolnych kwasów tłuszczowych. Lanolina to wyjątkowy lipid wśród innych naturalnych lipidów. Do kwasów tłuszczowych lanoliny wchodzących w skład lanoliny (estry) zalicza się kwasy o prostym łańcuchu w niewielkiej ilości do około 10% całej ilości oraz izo, anty-izo i podobne kwasy tłuszczowe o rozgałęzionych łańcuchach w ilości około 2/3 całości, a pozostała część, około 1/3, to hydroksykwasy tłuszczowe. Te kwasy tłuszczowe mają od 9 do 34 atomów węgla w cząsteczce i średnią masę cząsteczkową około 320. Ponadto, 20 alkoholi alicyklicznych, takich jak cholesterol i alkohole triterpenowe, które są głównie lanosterolem, stanowi około 70% wszystkich alkoholi lanolinowych, resztę stanowią alkohole alifatyczne, głównie zawierające prostołańcuchowe, alkohole izo i anty-izo, a ponadto zawierają około 5 do około 8% dioli. Te alkohole zawierają od 14 do 33 atomów węgla w cząsteczce i charakteryzują się średnią masą cząsteczkową około 370. Zmodyfikowaną lanolinę uzyskuje się przez poddanie wosku lanoliny, procesowi rozdzielania rozpuszczalnikowego, w oparciu o zasady procesu rozpuszczalnikowego odparafinowania, który to proces jest stosowany standardowo do odparafinowania olejów węglowodorowych i odolejania gaczów - mieszanin węglowodorów zgodnie z metodyką opisaną w pięciu zgłoszeniach patentowych o numerach PL439899, PL439900, PL439901, PL439902, PL439903.

Realizując wyżej określony cel opracowano olej do hartowania stali na bardzo gorąco, zawierający jako główny składnik olej bazowy pochodzenia roślinnego wosk - zmodyfikowaną lanolinę. Olej do obróbki cieplnej stali, zawierający olej bazowy wraz z dodatkami uszlachetniającymi, powinien wykazywać w badaniach dobre parametry charakterystyki krzywej chłodzenia, jak: duża maksymalna szybkość chłodzenia, skrócenie fazy parowania powiązanej z podwyższaniem temperatury początku fazy wrzenia, podwyższenie temperatury początku fazy konwekcyjnej, zapewniających uzyskanie pożądanej struktury martenzytycznej lub bainitycznej hartowanych detali; ponadto olej do obróbki cieplnej stali powinien zapewniać zachowanie stabilnych parametrów pracy podczas obróbki cieplnej i powinien cechować się doskonałą kompatybilnością dodatków uszlachetniających z olejem bazowym, zapewniającą jednorodność całej mieszaniny.

Istotą wynalazku jest olej do hartowania stali na bardzo gorąco, który zawiera 88,5-94,6% (m/m) wosku - zmodyfikowanej lanoliny o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C 485,0-598,0 mm²/s i o temperaturze płynięcia 2-16°C i która charakteryzuje się zakresem destylacji takim, że mniej niż 5% V/V destyluje do 458°C i co najmniej 95% V/V destyluje do 645°C, oraz zawiera jeden pakiet dodatków uszlachetniających w ilości:

a) 2,0-6,8% (m/m) pakietu dodatków uszlachetniających zawierającego od 10 do mniej niż 20% (m/m) soli wapniowych długołańcuchowych alkilopochodnych kwasu salicylowego i od 10 do mniej niż 20% (m/m) mieszaniny soli sodowych nasyconych liniowych (C10-C47)-alkilo-arylowych pochodnych kwasów benzenosulfonowych pochodzących z ropy naftowej i od 1 do

PL 249999 Β1 mniej niż 3% (m/m) estrów kwasu 3-(3,5-di-tert-butylo-4-hydroksyfenylo)propionowego z alkoholami mającymi rozgałęzione grupy (Cy-Cgj-alkilowe, rozpuszczonych w mineralnym oleju bazowym, którego zawartość w pakiecie stanowi uzupełnienie do 100% (m/m), a ponadto zawiera 2 dodatki uszlachetniające o różnych funkcjach, w ilościach:

b) 0,3-3,5% (m/m) bezpopiołowego dyspergatora, typu mono- i/lub bis-polibutenobursztynoimidów, o liczbie zasadowej co najwyżej 18 mg KOH/g i o lepkości w temperaturze 100°C co najwyżej 330 mm²/s,

c) 0,8-4,5% (m/m) modyfikatora lepkości - polimeru estrów kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego z alkoholami (Ci-Ci8)-alifatycznymi, rozpuszczonego w mineralnym oleju bazowym i o lepkości całej mieszaniny w temperaturze 100°C mieszczącej się w granicach od 660 mm/s do 980 mm/s.

Przedmiot wynalazku został objaśniony w przedstawionych poniżej przykładach wykonania.

Przykład 1

Do mieszalnika wprowadzono 93,7 kg zmodyfikowanej lanoliny o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C 574,1 mm²/s i o temperaturze płynięcia 5°C przy czym do 5% V/V destyluje do 483°C, a do 95% V/V destyluje do 630°C. W temperaturze 50°C przy włączonym mieszaniu wprowadzono do mieszalnika 3,8% (m/m) pakietu dodatków uszlachetniających o nazwie handlowej Quench Pack 100 zawierającego, według informacji producenta, od 10 do mniej niż 20% (m/m) soli wapniowych długołańcuchowych alkilopochodnych kwasu salicylowego i od 10 do mniej niż 20% (m/m) mieszaniny soli sodowych nasyconych liniowych (Cio-C47)-alkilo-arylowych pochodnych kwasów benzenosulfonowych pochodzących z ropy naftowej i od 1 do mniej niż 3% (m/m) estrów kwasu 3-(3,5-di-tert-butylo-4-hydroksyfenylo)propionowego z alkoholami mającymi rozgałęzione grupy (Cz-Cgj-alkilowe, rozpuszczonych w mineralnym oleju bazowym, którego zawartość w pakiecie stanowi uzupełnienie do 100% (m/m), 1,6%(m/m) bezpopiołowego dyspergatora, typu mono- i/lub bis-polibutenobursztynoimidów, o liczbie zasadowej 13 mg KOH/g i o lepkości w temperaturze 100°C 270 mm²/s, 0,9%(m/m) modyfikatora lepkości - polimeru estrów kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego z alkoholami (Ci-Ci8)-alifatycznymi, rozpuszczonego w mineralnym oleju bazowym i o lepkości całej mieszaniny w temperaturze 100°C 825 mm²/s.

Po całkowitym rozpuszczeniu i wymieszaniu olejów bazowych, pakietu dodatków i pozostałych dodatków uzyskano olej do hartowania stali na bardzo gorąco.

W tabeli 1 przedstawione zostały wyniki badań właściwości uzyskanego oleju do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania.

Tabela 1 Wyniki badań właściwości oleju do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania

Właściwości	Olej do hartowania stali na bardzo gorąco Wyniki badań
Lepkość w 40°C, mm7s	562,7
Lepkość w 100°C, mm'/s	30,83
Temperatura wykonania krzywej termokinetycznej, °C	220
Krzywe termokinetyczne - max. szybkość chłodzenia, °C/s - temp, przy max. szybkości, °C - czas chłodzenia do temp. 600 °C, s - czas chłodzenia do temp. 300 °C, s - T vp, C - T cp, °C	71,8 641,3 8,3 102,5 775,9 405,6
Własności oleiu do hartowania stali na bardzo eoraco no utlenianiu
wg ASTM D 893-14 Temperatura utleniania 135°C w czasie 24 godzin
zawartość osadów rozpuszczalnych w pentanie wg ASTM D 893, g	0,04
zawartość osadów rozpuszczalnych w toluenie wg ASTM D 893, g	0,05

PL 249999 Β1

Przykład 2

Do mieszalnika wprowadzono 93,3 kg zmodyfikowanej lanoliny o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C 574,1 mm/s i o temperaturze płynięcia 5°C przy czym do 5% V/V destyluje do 483°C, a do 95% V/V destyluje do 630°C. W temperaturze 50°C przy włączonym mieszaniu wprowadzono do mieszalnika 2,1% (m/m) pakietu dodatków uszlachetniających o nazwie handlowej Quench Pack 100 zawierającego, według informacji producenta, od 10 do mniej niż 20% (m/m) soli wapniowych długołańcuchowych alkilopochodnych kwasu salicylowego i od 10 do mniej niż 20% (m/m) mieszaniny soli sodowych nasyconych liniowych (Cio-C47)-alkilo-arylowych pochodnych kwasów benzenosulfonowych pochodzących z ropy naftowej i od 1 do mniej niż 3% (m/m) estrów kwasu 3-(3,5-di-tert-butylo-4-hydroksyfenylo)propionowego z alkoholami mającymi rozgałęzione grupy (C7-Cg)-alkilowe, rozpuszczonych w mineralnym oleju bazowym, którego zawartość w pakiecie stanowi uzupełnienie do 100% (m/m), 0,2%(m/m) bezpopiołowego dyspergatora, typu mono- i/lub bis-polibutenobursztynoimidów, o liczbie zasadowej 13 mg KOH/g i o lepkości w temperaturze 100°C, 270 mm²/s, 4,4%(m/m) modyfikatora lepkości - polimeru estrów kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego z alkoholami (Ci-Ci8)-alifatycznymi, rozpuszczonego w mineralnym oleju bazowym i o lepkości całej mieszaniny w temperaturze 100°C, 825 mm²/s.

Po całkowitym rozpuszczeniu i wymieszaniu olejów bazowych, pakietu dodatków i pozostałych dodatków uzyskano olej do hartowania stali na bardzo gorąco.

W tabeli 2 przedstawione zostały wyniki badań właściwości uzyskanego oleju do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania.

Tabela 2 Wyniki badań właściwości oleju do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania

Właściwości	Olej do hartowania stali na bardzo gorąco Wyniki badań
Lepkość w 40°C, mm2/s	565,2
Lepkość w 100°C, mn 'i's	30,97
Temperatura wykonania krzywej termokinetycznej, °C	220
Krzywe termokinelyczne - max. szybkość chłodzenia, °C/s - temp, przy max. szybkości, °C - czas chłodzenia do temp. 600 °C, s - czas chłodzenia do temp. 200 °C, s - T vp, °C -Tcp,°C	72,9 645,1 8,0 101,2 782,6 409,7
Własności oleju do hartowania stali na bardzo gorąco po utlenianiu
wg ASTM D 893-14 Temperatura utleniania 135°C w czasie 24 godzin
zawartość osadów rozpuszczalnych w pentanie wg ASTM D 893, g	0,04
zawartość osadów rozpuszczalnych w toluenie wg ASTM D 893, g	0,04

Przykład 3

Do mieszalnika wprowadzono 89,3 kg zmodyfikowanej lanoliny o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C 574,1 mm²/s i o temperaturze płynięcia 5°C przy czym do 5% V/V destyluje do 483°C, a do 95% V/V destyluje do 630°C. W temperaturze 50°C przy włączonym mieszaniu wprowadzono do mieszalnika 4,9% (m/m) pakietu dodatków uszlachetniających o nazwie handlowej Quench Pack 100 zawierającego, według informacji producenta, od 10 do mniej niż 20% (m/m) soli wapniowych długołańcuchowych alkilopochodnych kwasu salicylowego i od 10 do mniej niż 20% (m/m) mieszaniny soli sodowych nasyconych liniowych (Cio-C47)-alkilo-arylowych pochodnych kwasów benzenosulfonowych pochodzących z ropy naftowej i od 1 do mniej niż 3% (m/m) estrów kwasu 3-(3,5-di-tert-butylo-4-hydroksyfenylo)propionowego z alkoholami mającymi rozgałęzione grupy (C7-Cg)-alkilowe, rozpuszczonych w mineralnym oleju bazowym, którego zawartość w pakiecie stanowi uzupełnienie do 100% (m/m), 3,4%(m/m) bezpopiołowego dyspergatora, typu mono- i/lub bis-polibutenobursztynoimidów, o liczbie

PL 249999 Β1 zasadowej 13 mg KOH/g i o lepkości w temperaturze 100°C, 270 mm²/s, 2,4%(m/m) modyfikatora lepkości - polimeru estrów kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego z alkoholami (Ci-Ci8)-alifatycznymi, rozpuszczonego w mineralnym oleju bazowym i o lepkości całej mieszaniny w temperaturze 100°C, 825 mm²/s.

Po całkowitym rozpuszczeniu i wymieszaniu olejów bazowych, pakietu dodatków i pozostałych dodatków uzyskano olej do hartowania stali na bardzo gorąco.

W tabeli 3 przedstawione zostały wyniki badań właściwości uzyskanego oleju do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania.

Tabela 3 Wyniki badań właściwości oleju do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania

Właściwości	Olej do hartowania stali na bardzo gorąco Wyniki badań
Lepkość w 40°C, nmć/s	558,9
Lepkość w 100°C, mm2/s	30,65
Temperatura wykonania krzywej termokinetycznej, °C	220
Krzywe termokinetyczne - max. szybkość chłodzenia, °C/s - temp, przy max. szybkości, °C - czas chłodzenia do temp. 600 °C, s - czas chłodzenia do temp. 200 °C, s - T vp, T - T cp, °C	70,2 636,7 8,6 99,8 763,4 400,2
Własności oleiu do hartowania stali na bardzo gorąco
po utlenianiu wg ASTM D 893-14 Temperatura utleniania 135°C w czasie 24 godzin
zawartość osadów rozpuszczalnych w pentanie wg ASTM D 893, g	0,03
zawartość osadów rozpuszczalnych w toluenie wg ASTM D 893, g	0,03

Przykład 4

Do mieszalnika wprowadzono 88,7 kg zmodyfikowanej lanoliny o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C 574,1 mm²/s i o temperaturze płynięcia 5°C przy czym do 5% V/V destyluje do 483°C, a do 95% V/V destyluje do 630°C. W temperaturze 50°C przy włączonym mieszaniu wprowadzono do mieszalnika 6,7% (m/m) pakietu dodatków uszlachetniających o nazwie handlowej Quench Pack 100 zawierającego, według informacji producenta, od 10 do mniej niż 20% (m/m) soli wapniowych długołańcuchowych alkilopochodnych kwasu salicylowego i od 10 do mniej niż 20% (m/m) mieszaniny soli sodowych nasyconych liniowych (Cio-C47)-alkilo-arylowych pochodnych kwasów benzenosulfonowych pochodzących z ropy naftowej i od 1 do mniej niż 3% (m/m) estrów kwasu 3-(3,5-di-tert-butylo-4-hydroksyfenylo)propionowego z alkoholami mającymi rozgałęzione grupy (Cz-Cgj-alkilowe, rozpuszczonych w mineralnym oleju bazowym, którego zawartość w pakiecie stanowi uzupełnienie do 100% (m/m), 2,9%(m/m) bezpopiołowego dyspergatora, typu mono- i/lub bis-polibutenobursztynoimidów, o liczbie zasadowej 13 mg KOH/g i o lepkości w temperaturze 100°C, 270 mm²/s, 1,7% (m/m) modyfikatora lepkości - polimeru estrów kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego z alkoholami (Ci-Cis)-alifatycznymi, rozpuszczonego w mineralnym oleju bazowym i o lepkości całej mieszaniny w temperaturze 100°C, 825 mm²/s.

Po całkowitym rozpuszczeniu i wymieszaniu olejów bazowych, pakietu dodatków i pozostałych dodatków uzyskano olej do hartowania stali na bardzo gorąco.

W tabeli 4 przedstawione zostały wyniki badań właściwości uzyskanego oleju do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania.

PL 249999 Β1

Tabela 4 Wyniki badań właściwości oleju do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania

Właściwości	Olej do hartowania stali na bardzo gorąco Wyniki badań
Lepkość w 40°C, iiini /s	565,3
Lepkość w 100°C, nmi7s	31,04
Temperatura wykonania krzywej termokinetycznej, °C	220
Krzywe termokinetyczne - max. szybkość chłodzenia, °C/s - temp, przy max. szybkości, °C - czas chłodzenia do temp. 600 °C, s - czas chłodzenia do temp. 200 °C, s T vp, “C - T cp, C	73,5 647,0 7,9 101,3 774,6 416,3
Własności oleiu do hartowania stali na bardzo gorąco
po utlenianiu wg ASTM D 893-14 Temperatura ulleniania 135°C w czasie 24 godzin
zawartość osadów rozpuszczalnych w pentanie wg ASTM D 893, g	0,04
zawartość osadów rozpuszczalnych w toluenie wg ASTM D 893, g	0,05

Przykład 5

Do mieszalnika wprowadzono 91,9 kg zmodyfikowanej lanoliny o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C 574,1 mm²/s i o temperaturze płynięcia 5°C, przy czym do 5% V/V destyluje do 483°C, a do 95% V/V destyluje do 630°C. W temperaturze 50°C przy włączonym mieszaniu wprowadzono do mieszalnika 2,9% (m/m) pakietu dodatków uszlachetniających o nazwie handlowej Quench Pack 100 zawierającego, według informacji producenta, od 10 do mniej niż 20% (m/m) soli wapniowych długołańcuchowych alkilopochodnych kwasu salicylowego i od 10 do mniej niż 20% (m/m) mieszaniny soli sodowych nasyconych liniowych (Cio-C47)-alkilo-arylowych pochodnych kwasów benzenosulfonowych pochodzących z ropy naftowej i od 1 do mniej niż 3% (m/m) estrów kwasu 3-(3,5-di-tert-butylo-4-hydroksyfenylo)propionowego z alkoholami mającymi rozgałęzione grupy (Cz-Cgj-alkilowe, rozpuszczonych w mineralnym oleju bazowym, którego zawartość w pakiecie stanowi uzupełnienie do 100% (m/m), 2,3%(m/m) bezpopiołowego dyspergatora, typu mono- i/lub bis-polibutenobursztynoimidów, o liczbie zasadowej 13 mg KOH/g i o lepkości w temperaturze 100°C, 270 mm²/s, 2,9%(m/m) modyfikatora lepkości - polimeru estrów kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego z alkoholami (Ci-Ci8)-alifatycznymi, rozpuszczonego w mineralnym oleju bazowym i o lepkości całej mieszaniny w temperaturze 100°C, 825 mm²/s.

Po całkowitym rozpuszczeniu i wymieszaniu olejów bazowych, pakietu dodatków i pozostałych dodatków uzyskano olej do hartowania stali na bardzo gorąco.

W tabeli 5 przedstawione zostały wyniki badań właściwości uzyskany olej do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania.

Tabela 5 Wyniki badań właściwości oleju do hartowania stali na bardzo gorąco oraz badania procesu hartowania

Właściwości	Olej do hartowania stali na bardzo gorąco Wyniki badań
Lepkość w 40°C, nnn'/s	562,7
Lepkość w 100°C, mirrt/s	30,83
Temperatura wykonania krzywej termokinetycznej, °C	220
Krzywe termokinetyczne
- max. szybkość chłodzenia, “C/s	71,8
- temp, przy max. szybkości, °C	641,3
- czas chłodzenia do temp. 600 °C, s	8,3
czas chłodzenia do temp. 200 °C, s	102,5
- T vp, °C	761,8
-Tcp/C	405,6

PL 249999 Β1

Własności oleiu do hartowania stali na bardzo eoraco
po utlenianiu wg ASTM D 893-14 Temperatura utleniania 135“C w czasie 24 godzin
zawartość osadów rozpuszczalnych w pentanie wg ASTM D 893, g	0,04
zawartość osadów rozpuszczalnych w toluenie wg ASTM D 893, g	0,05

Powyższe przykłady dowiodły, że wynalazek nadaje się do przemysłowego stosowania.

Powyższe przykłady udowodniły także, że olej do hartowania stali na bardzo gorąco, według niniejszego wynalazku, zawierający olej bazowy z surowców odnawialnych, posiada doskonałą kompatybilność dodatków uszlachetniających z olejem bazowym, wykazuje w badaniach dobre parametry charakterystyki krzywej chłodzenia, szczególnie widoczne jest podwyższanie temperatury początku fazy wrzenia z zachowaniem stabilnych parametrów pracy podczas obróbki cieplnej i olej zapewnia uzyskanie pożądanej struktury martenzytycznej lub bainitycznej hartowanych detali.

Claims (1)

1. Olej do hartowania stali na bardzo gorąco, znamienny tym, że zawiera 88,5-94,6% (m/m) wosku - zmodyfikowanej lanoliny o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C 485,0-598,0 mm²/s i o temperaturze płynięcia 2-16°C i która charakteryzuje się zakresem destylacji takim, że mniej niż 5% V/V destyluje do 458°C i co najmniej 95% V/V destyluje do 645°C, oraz zawiera jeden pakiet dodatków uszlachetniających w ilości:

a) 2,0-6,8% (m/m) pakietu dodatków uszlachetniających zawierającego od 10 do mniej niż 20% (m/m) soli wapniowych długołań cuch owych alkilopochodnych kwasu salicylowego i od 10 do mniej niż 20% (m/m) mieszaniny soli sodowych nasyconych liniowych (Cio-C47)-alkilo-arylowych pochodnych kwasów benzenosulfonowych pochodzących z ropy naftowej i od 1 do mniej niż 3% (m/m) estrów kwasu 3-(3,5-di-tert-butylo-4-hydroksyfenylo)propionowego z alkoholami mającymi rozgałęzione grupy (C7-Cg)-alkilowe, rozpuszczonych w mineralnym oleju bazowym, którego zawartość w pakiecie stanowi uzupełnienie do 100% (m/m) a ponadto zawiera 2 dodatki uszlachetniające o różnych funkcjach, w ilościach:

b) 0,3-3,5% (m/m) bezpopiołowego dyspergatora, typu mono- i/lub bis-polibutenobursztynoimidów, o liczbie zasadowej co najwyżej 18 mg KOH/g i o lepkości w temperaturze 100°C co najwyżej 330 mm²/s,

c) 0,8-4,5% (m/m) modyfikatora lepkości - polimeru estrów kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego z alkoholami (Ci-Ci8)-alifatycznymi, rozpuszczonego w mineralnym oleju bazowym i o lepkości całej mieszaniny w temperaturze 100°C mieszczącej się w granicach od 660 mm²/s do 980 mm²/s.