WO2005023966A1 - 継目無鋼管加工潤滑剤組成物 - Google Patents

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WO2005023966A1
WO2005023966A1 PCT/JP2004/012833 JP2004012833W WO2005023966A1 WO 2005023966 A1 WO2005023966 A1 WO 2005023966A1 JP 2004012833 W JP2004012833 W JP 2004012833W WO 2005023966 A1 WO2005023966 A1 WO 2005023966A1
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steel pipe
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Kazuo Tanaka
Shizuo Mori
Sumio Iida
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Sumitomo Metal Industries, Ltd.
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    • C10N2050/015Dispersions of solid lubricants
    • C10N2050/02Dispersions of solid lubricants dissolved or suspended in a carrier which subsequently evaporates to leave a lubricant coating

Definitions

  • the present invention relates to a hot pipe rolling lubricant mainly used for manufacturing a seamless steel pipe by a Mannesmann pipe manufacturing method.
  • a heated solid billet or bloom is formed into a hollow pipe by a punch, and the hollow pipe is then drawn into a stretching mill. Finished into product pipe by diameter rolling mill.
  • the inner surface of the tube is forcibly lubricated with a lubricant to prevent seizure and the like.
  • a graphite-based lubricant mainly composed of granular graphite, scale-like graphite, earthy graphite or the like is used as a solid or in a liquid state mixed with a binder.
  • Patent Document 1 proposes an oxide-based layered compound and a composition comprising a combination of boric acid and an alkali metal borate, instead of a conventional graphite-based lubricant.
  • Patent Document 2 proposes a composition comprising a combination of natural or artificial myric, vermiculite, bentonite and Li, Na, K, borate metaborate, pyroborate and hydrates thereof. Let's do it. Compositions comprising a combination of these oxide layered compounds and boric acid are effective as non-carburizing lubricants having excellent lubricity.
  • graphite-based lubricants do not require non-carburizing properties. Therefore, these graphite-based lubricants can be prepared by sufficiently adding a conventional organic thickener (for example, a water-soluble acrylic resin or a water-soluble cellulose such as sodium carboxymethyl cellulose). Can be given.
  • a conventional organic thickener for example, a water-soluble acrylic resin or a water-soluble cellulose such as sodium carboxymethyl cellulose.
  • Patent Document 3 discloses a lubricant that satisfies the above-mentioned properties by blending both a water-soluble polymer and a water-dispersible polymer in a large amount.
  • Patent Document 1 JP-A-64-16894
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-171165
  • Patent Document 3 JP-A-2-51592
  • the present invention provides a non-carburizing property, storage stability without impairing excellent lubricity for difficult-to-treat materials such as 13 chromium steel and stainless steel, transportability in equipment piping, and lubrication points. It is an object of the present invention to provide a seamless steel pipe working lubricant composition which satisfies various properties such as sprayability and uniform adhesion to a high-temperature mandrel bar.
  • the present invention is a seamless steel pipe working lubricant composition having a viscosity characteristic represented by the following approximate formula.
  • after 90 seconds from the end of shearing means that the composition is subjected to an operation of stirring and shearing, and 30 seconds after the end of the operation, measurement is started at a predetermined shear rate, The measurement start force refers to a further 60 seconds later. Therefore, “after 90 seconds” corresponds to the sum of the above 30 seconds and 60 seconds.
  • the term “at the end of shearing” refers to the time when the rotation of the propeller for the stirring operation is stopped.
  • the seamless steel pipe working lubricant composition comprises 10 to 40% by mass of an oxide layered compound, 5 to 30% by mass of at least one of an alkali metal salt or an amine salt of boric acid, and an alkali metal of boric acid. It is preferable that one or more water-soluble polymers soluble in one or more aqueous solutions of a salt or an amine salt comprise 0.1 to 3.0% by mass, with the balance being water.
  • the seamless steel pipe working lubricant composition comprises, as a water-soluble polymer, a pseudoplastic flowable water-soluble polymer, or a pseudoplastic flowable water-soluble polymer and a titotropic flowable water-soluble polymer. And a molecule.
  • the seamless steel pipe working lubricant composition may be prepared as a water-soluble polymer, in an amount of 0.01 to 1.0% by mass of a pseudo-plastic flowable water-soluble polymer, based on the total amount of the composition; Water-soluble polymer preferably contains 0.1 to 2.0% by mass.
  • the oxide-based layered compound used as a main component in the seamless steel pipe working lubricant composition of the present invention is, for example, a natural or artificial force. As my power
  • Natural gold my power ⁇ KMg (AlSi O) (OH) ⁇ and so on.
  • One or more of these can be used in the seamless steel pipe working lubricant composition of the present invention.
  • vermiculite, bentonite, or the like can be used instead of, or together with, my power.
  • Most preferred for the seamless steel pipe working lubricant composition of the present invention is sodium tetrasilicon myric.
  • the average particle size of the oxide-based layered compound is 1 to 40 zm, preferably 530 ⁇ m.
  • the amount of the oxide-based layered compound to be added is 1040% by mass, preferably 2030% by mass in the composition of the seamless steel pipe working lubricant of the present invention. If the amount of the oxide-based layered compound is too small, the seizure resistance is lowered, and lubricity is problematic. On the other hand, if the addition amount of the oxide-based layered compound is too large, the viscosity of the composition becomes too high, which causes a problem in workability.
  • the alkali metal borate or amine salt in the composition aids its spreadability in the high-temperature mandrel bar along with the oxide-based layered compound as a base material, and also acts as an auxiliary lubricant by itself.
  • the alkali metal borate include lithium borate, sodium borate, and potassium borate. Also, like borax (Na B ⁇ ⁇ 10 ⁇ ), metaborate,
  • pyroborate and / or hydrate can also be used.
  • the addition amount of the alkali metal borate salt or the amine salt in the composition is 5 to 30% by mass, preferably 10 to 20% by mass. Excessive amounts of these salts interfere with the lubricity of the base material. On the other hand, if the added amount of these salts is too small, the main purpose of spreading the main agent in the mandrel bar is not good, and the lack of fluid lubrication results in insufficient lubrication.
  • the water-soluble polymer used in the seamless steel pipe working lubricant composition of the present invention includes natural, semi-natural or synthetic water-soluble polymers within a range satisfying the viscosity conditions specified by the present invention. They can be used alone or in combination. These water-soluble polymers will be specifically described later.
  • FIG. 1 shows an ideal viscosity form found by the present inventors.
  • Figure 1 shows viscosity on the vertical axis and time on the horizontal axis.
  • 3 is a graph of the viscosity that changes with time under each of the conditions.
  • FIG. 1 satisfies various properties such as storage stability without adding a large amount of polymer, transportability in equipment piping, sprayability to lubrication points, and uniform adhesion to high-temperature mandrel bars.
  • the present inventors have found that it is necessary to satisfy the following expression. That is, the viscosity characteristics of the lubricant composition of the present invention satisfying the above-mentioned various properties were measured by the viscosity measurement method described in Examples described later, and the obtained viscosity characteristic curves showed the following approximate expressions a and b. Was within the range.
  • b when b is larger than -0.3, the difference between the viscosity of the lubricant composition at rest and the viscosity at the time of shearing (at the time of spraying) is small, causing a problem in transfer or spraying. If b is less than -1.0, when the lubricant composition is sprayed onto the tool because the viscosity is too low during spraying, the attached lubricant is scraped off by the pressure of the lubricant itself, Or scatter. More preferably,
  • Typical examples of pseudoplastic flowable water-soluble polymers include biogum such as xanthan gum, perlan gum, and ramzan gum.
  • the chemical structure of xanthan gum is a water-soluble high molecular polysaccharide composed of repeating binding blocks in units of two components of glucose, two mannoses and one glucuronic acid.
  • Figure 2 shows the chemical structure model.
  • Representative examples of the thixotropic flowable water-soluble polymer include carboxymethyl cellulose salts (Na salt, K salt, amine salt).
  • FIG. 3 shows a chemical structure model of a long-chain polymer in which glucose is glucosidically bound.
  • Pseudoplastic fluidity and / or thixotropic fluidity may be determined by the following substances, which are difficult to distinguish clearly due to the influence of molecular weight, other components (for example, metal (Ca, etc.) ions) and pH.
  • bio gums such as juran gum and succinognorecan
  • natural polysaccharides such as tamarind, cod gum, locust bean gum, carrageenan
  • methylcellulose etinoresenorelose, hydroxyethinoresenorelose, hydroxype pinoresenorelose
  • hydroxy Senolerose derivatives such as etinolemethinoresenorelose and hydroxypropinolemethinoresenorelose
  • other salts of polyacrylic acid Na salt, K salt, and amine salt
  • salts of alginic acid Na salt, K salt, and amine salt
  • FIG. 4 shows the viscosity characteristics of the static plastic flowable water-soluble polymer in the static state and the dynamic state
  • FIG. 5 shows that of the thixotropic flowable water-soluble polymer.
  • the transition from a static state to a dynamic state is linear with only a pseudoplastic flowable water-soluble polymer, which is within the scope of the present invention but is not sufficiently satisfactory.
  • the change in viscosity of the flowable water-soluble polymer of Titaso-Toku pick-up is smaller than that of the flowable water-soluble polymer of pseudoplastic, and the difference in viscosity when transitioning to the static state and dynamic state is smaller and gentler. is there.
  • the thixotropic flowable water-soluble polymer requires a certain amount of time (yield value) from the occurrence of the dynamic state to the decrease in viscosity.
  • the thixotropic flowable water-soluble polymer also needs time to increase its viscosity when moving from dynamic to static. If such a change in viscosity takes time S, the viscosity of the lubricant sprayed on the mandrel bar cannot be changed for an ideal film formation in the film formation process until drying. As a result, uniform adhesion to the mandrel bar is difficult. Therefore, the thixotropic flowable water-soluble polymer alone cannot sufficiently satisfy the object of the present invention.
  • the addition ratio of the pseudoplastic flowable water-soluble polymer is 0.01 to 1.0% by mass based on the total amount of the composition, and the addition of the thixotropic flowable water-soluble polymer is based on the total amount of the composition.
  • the ratio is 0.1 to 2.0% by mass based on the total amount of the composition.
  • the ratio of the pseudoplastic flowable water-soluble polymer is 0.05-0.5% by mass on the basis of the total amount of the composition, and the ratio of the thixotropic flowable water-soluble polymer is based on the total amount of the composition. It is 0.5-1.5 mass% based on the standard.
  • the addition ratio of the pseudoplastic flowable water-soluble polymer is greater than the ratio of the thixotropic flowable water-soluble polymer, the change in viscosity due to shearing becomes too large, causing difficulty in uniform adhesion to the mandrel bar. .
  • the ratio of the thixotropic flowable water-soluble polymer is too large, the dispersion stability of the oxide-based layered compound and the spreadability to the high-temperature mandrel bar become poor, and uniform adhesion becomes difficult.
  • the viscosity form of the two types of mixed systems has a composite form of the viscosity characteristics shown in Figs.
  • the qualitative viscosity characteristics are as follows. That is, in FIG. 1, the viscosity at the time of standing is high at the point (i) due to the properties of the pseudo plastic fluid. Thereafter, when shearing is applied, (i) the viscosity decreases (i) to (iii), which has a synthetic form of the pseudoplastic flow and the thixotropic flow state. Finally, as soon as the shearing is completed, the viscosity increases as indicated in Gv)
  • addition of a general antifoaming agent and dispersant is also permitted, because addition of a small amount (0.5% by mass or less based on the total amount of the composition) is permissible for organic compounds because of the risk of carburization. Addition of carbon-containing or inorganic materials is permitted as long as the basic performance of the present invention is not affected.
  • Measuring device A type B rotational viscometer was used.
  • Measurement temperature set to 25 ° C.
  • Shearing condition 500ml sample is put in 500ml beaker, and propeller of ⁇ 50mm
  • Rotation speed low rotation (1.5 rpm) [Shear speed: 0.332-0.366 (s—])
  • shear rate has a range of numerical values is due to the fact that the cone actually used differs for each sample in a rotational viscometer that measures the viscosity by rotating the cone on a plate.
  • Static viscosity A sample that has been static for 24 hours after stirring the sample is started measuring at a low shear rate, and the viscosity obtained by multiplying the scale of the viscometer 60 seconds after the measurement start force is multiplied by the reading coefficient, and continues to increase. The measurement was started at a speed, and the scale obtained by reading the scale 60 seconds after the measurement starting force was multiplied by a coefficient was recorded as a static viscosity.
  • Shear viscosity The sample is agitated with a propeller to apply shear, and measurement is started at a low shear rate 30 seconds after the operation is completed, and the scale of the viscometer is measured 60 seconds after the start of the measurement. The viscosity multiplied by the reading coefficient and the measurement were started at a high shear rate 30 seconds after the sample was agitated again, and the viscosity multiplied by the reading coefficient on the scale at 60 seconds after the measurement starting force was recorded as the shear viscosity.
  • log (X) and log (Y) are obtained for X and Y obtained by the above measurement, and plotted in accordance with the vertical and horizontal axes of the graph, respectively. Is obtained. From the plotted data, the slope of the linear function “b” and the vertical axis intercept “a” can be obtained by the least squares method.
  • “supernatant” refers to a substantially transparent liquid portion containing no solid matter. The detection was performed by observing from the side of a 500 ml beaker and measuring the height of the supernatant from the sample liquid surface. Further, the supernatant height was evaluated as a percentage of the total liquid level.
  • bottom sedimentation refers to a state in which the solid lubricant has settled at the bottom and a hard layer having no fluidity can be confirmed.
  • Raw processing piercing and rolling by inclined roll piercing mill Shape: outer diameter 181. Omm, wall thickness 16. Omm, length 7000mm
  • tube shape outer diameter 151. Omm, wall thickness 5. Omm, length 25,300 mm
  • finish rolling with a stretch reducer consisting of 26 stands, outer diameter 63.5 mm, wall Finished to a steel pipe with a thickness of 7.0mm and a length of 40,000mm.
  • An arc-shaped test piece with a thickness of 5 mm, a width of 25 mm, and a length of 50 mm was collected from the steel pipe. Using this test piece, a sulfuric acid-copper sulfate corrosion test specified in JIS G0575 was performed, and the state of intergranular corrosion cracking generated on the inner surface was observed.
  • Spray method Airless spray was used.
  • Discharge pressure 3. Set to OMPa.
  • Nozzle 1 / 4MVVP5010 (Ikeuchi Corporation)
  • Spray angle 50 degrees (the angle that spreads in a fan shape when spraying water)
  • Sample temperature set at 25 ° C and evaluated.
  • A Sprayed at almost a predetermined angle (50 degrees).
  • Slightly narrower than the specified angle (40 45 degrees).
  • considerably narrower than a predetermined angle (20-39 degrees).
  • X Almost spread (less than 20 degrees) or large spray particles.
  • Spray method Airless spray was used.
  • Discharge pressure 3. Set to OMPa.
  • Nozzle 1 / 4MVVP5010 (Ikeuchi Corporation)
  • Specimen temperature 60, 80, 100, 120. Set to C.
  • Nozzle specimen distance The test was performed at 250 mm.
  • Evaluation method Spray the specimen (65mm X 120mm X 30mm steel plate) under the test conditions, heat the specimen to 120 ° C after application, dry the lubricant, and then increase the temperature to 2040 ° C. After allowing to cool, the lubricant film was peeled off with a knife, the weight was measured, and the value obtained by dividing the weight by the adhesion area (0.0078 m 2 ) was used as the adhesion amount, and evaluation was performed according to the following evaluation criteria.
  • Tables 13 and 13 show the results of the above tests 1) and 5).
  • the lubricating oil composition of the present invention exhibited excellent performance in all aspects of storage stability, sprayability, and adhesion.
  • the composition group shown in the comparative example was incapable of obtaining satisfactory performance in these respects.
  • the seamless steel pipe processing lubricant composition of the present invention is useful as a processing lubricant in a Mannesmann pipe manufacturing process for manufacturing a seamless steel pipe used as an oil country tubular good or the like.
  • FIG. 1 is a view showing an ideal viscosity form as a seamless steel pipe working lubricant composition.
  • FIG. 2 is a view showing a chemical structure model of an example of a pseudoplastic fluid water-soluble polymer.
  • FIG. 3 is a view showing a chemical structure model of a long-chain polymer in which glucose is darcoside-bonded as an example of a thixotropic fluid water-soluble polymer.
  • FIG. 4 is a diagram showing viscosity characteristics of a static plastic fluid water-soluble polymer in a static state and a dynamic state.
  • FIG. 5 is a diagram showing viscosity characteristics of a thixotropic fluid water-soluble polymer in a static state and a dynamic state.

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Abstract

 非浸炭性や、13クロム鋼やステンレス鋼等の難加工材に対する卓越した潤滑性を損なうことなく、貯蔵安定性、装置配管内での移送性、潤滑箇所へのスプレー性、高温マンドレルバーヘの均一付着性等の諸性質を総合的に満足する継目無鋼管加工用潤滑剤組成物を提供する。粘度特性が下記の近似式で示される組成物とする。 Y=a・Xb、Y:粘度(mPa・s)、X:ずり速度(s−1)、静置保管中においてa:4000~40000、b:−1.0~−0.3、剪断終了時から90秒後においてa:1000~20000、b:−1.0~−0.15

Description

明 細 書
継目無鋼管加工潤滑剤組成物
技術分野
[0001] 本発明は、主としてマンネスマン製管法による継目無鋼管の製造に使用される熱間 製管圧延用潤滑剤に関する。
背景技術
[0002] マンネスマン製管法による継目無金属管の製造では、周知のとおり、加熱された中 実ビレット又はブルームが穿孔機で中空管とされた後、その中空管が延伸圧延機、 定径圧延機により製品管に仕上げられる。マンネスマン製管法の延伸圧延工程では 、焼き付き防止等のために、管内面が潤滑剤により強制潤滑される。その潤滑剤とし ては、粒状黒鉛、鱗状黒鉛、土状黒鉛等を主体とする黒鉛系潤滑剤が、固体のまま 、若しくはバインダーを混合した液体の状態で使用されている。
[0003] 黒鉛系潤滑剤を使用すると、被圧延材がステンレス鋼、高合金鋼等の難加工性材 料の場合も潤滑性能に問題はない。しかし、これらの材料では、その耐食性が浸炭 により阻害される。即ち、ステンレス鋼や高合金鋼の延伸圧延において、黒鉛系潤滑 剤で管内面を潤滑すると、管内面が浸炭されるために、クロム炭化物の粒界析出に よる粒界及びその近傍の選択腐食が生じ、その耐食性が低下して製品の性能を損 なうのである。
[0004] この点を改善するために、従来の黒鉛系潤滑剤に代わって、特許文献 1では酸化 物系層状化合物、及び硼酸とアルカリ金属硼酸塩との組み合わせによる組成物が提 案されている。また、特許文献 2では天然、又は人工マイ力、バーミキユライト、ベント ナイトと硼酸 Li、 Na、 K、メタ硼酸塩、ピロ硼酸塩及びその水和物の組み合わせによ る組成物が提案されてレ、る。これら酸化物系層状化合物と硼酸との組み合わせによ る組成物は、潤滑性に優れた非浸炭性潤滑剤として有効である。
[0005] 一方、通常の黒鉛系潤滑剤では非浸炭性を必要としない。従って、これら黒鉛系 潤滑剤は、通常の有機物増粘剤(例えば、水溶性アクリル系樹脂、ナトリウムカルボ キシメチルセルロースのような水溶性セルロース)を充分に添加することにより、上記 の諸性質を与えることが可能である。例えば、特許文献 3では、水溶性高分子と水分 散性高分子との両方を多量に配合することによって、上記の諸性質を満足する潤滑 剤が開示されている。
[0006] 特許文献 1 :特開昭 64— 16894号公報
特許文献 2:特開平 5 - 171165号公報
特許文献 3 :特開平 2 - 51592号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] しかし、上記特許文献 1及び 2に開示されているこれらの潤滑剤は、固体のまま潤 滑面に供給されたり、水に分散し工具 (マンドレル)に塗布されて使用されたりする。 従って、これらをマンドレルミル実装置に適応させるためには、潤滑剤製造後の貯蔵 安定性、装置配管内での移送性、潤滑箇所へのスプレー性、高温マンドレルバ一へ の均一付着性等の諸性質が総合的に必要となってくる。しかし、これらの性質を総合 的に満足することは容易ではない。
[0008] また、ステンレス鋼や高合金鋼の延伸圧延においては、耐食性の確保のためには あくまでも非浸炭性が必要であり、上記した高分子を多量に配合することはできない
[0009] そこで本発明は、非浸炭性や、 13クロム鋼やステンレス鋼等の難力卩ェ材に対する 卓越した潤滑性を損なうことなぐ貯蔵安定性、装置配管内での移送性、潤滑箇所へ のスプレー性、高温マンドレルバ一への均一付着性等の諸性質を総合的に満足す る、継目無鋼管加工潤滑剤組成物を提供することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明は、粘度特性が下記の近似式で示される継目無鋼管加工潤滑剤組成物で ある。
Y=a -Xb 丫:粘度(111?& - 3)
X:ずり速度(s—
静置保管中において a : 4000— 40000
b :-l . 0一一 0. 3 剪断終了時から 90秒後において a : 1000— 20000
b :-l . 0—— 0. 15
ここに、「剪断終了時から 90秒後」とは、該組成物を攪拌して剪断を加える操作を行 レ、、その操作終了時から 30秒後に、所定のずり速度で測定を開始し、その測定開始 力 さらに 60秒後のことをさす。したがって、「90秒後」は、上記 30秒と 60秒との合計 値に対応するものである。また、「剪断終了時」とは、上記攪拌操作のためのプロペラ の回転が停止したときのことをいうものとする。
[0011] 上記継目無鋼管加工潤滑剤組成物は、酸化物系層状化合物 10 40質量%、硼 酸のアルカリ金属塩又はアミン塩の 1種以上を 5— 30質量%、この硼酸のアルカリ金 属塩又はァミン塩の 1種以上の水溶液に可溶な水溶性高分子 1種以上を 0. 11— 3 . 0質量%、残部水からなることが好ましい。
[0012] また、上記継目無鋼管加工潤滑剤組成物は、水溶性高分子として、シユードプラス チック流動性水溶性高分子、又は、シユードプラスチック流動性水溶性高分子とチタ ソトロピック流動性水溶性高分子とを含むことが好ましい。
[0013] あるいは、上記継目無鋼管加工潤滑剤組成物は、水溶性高分子として、組成物全 量基準でシユードプラスチック流動性水溶性高分子 0. 01-1. 0質量%、チタソトロ ピック流動性水溶性高分子 0. 1— 2. 0質量%を含むことが好ましい。
発明の効果
[0014] 本発明によれば、非浸炭性や、 13クロム鋼やステンレス鋼等の難力卩ェ材に対する 卓越した潤滑性を損なうことなぐ貯蔵安定性、装置配管内での移送性、潤滑箇所へ のスプレー性、高温マンドレルバ一への均一付着性等の諸性質を総合的に満足す る継目無鋼管加工潤滑剤組成物を提供することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 本発明の継目無鋼管加工潤滑剤組成物に主剤として使用される酸化物系層状化 合物は、例えば、天然又は人工のマイ力である。マイ力としては
カリウム四珪素マイ力 {KMg (Si〇 ) F }
2. 5 4 10 2
ナトリウム四珪素マイ力 (NaMg (Si O ) F )
2. 5 4 10 2
天然金マイ力 {KMg (AlSi O ) (OH) } などがある。本発明の継目無鋼管加工潤滑剤組成物には、これらの一種又は二種 以上が使用できる。また、マイ力に代えて、あるいはマイ力とともに、バーミキユライト、 ベントナイト等を使用することもできる。本発明の継目無鋼管加工潤滑剤組成物に最 も好ましいのは、ナトリウム四珪素マイ力である。
[0016] 酸化物系層状化合物の平均粒径は 1一 40 z mで、好ましくは 5 30 μ mである。
平均粒径が小さすぎると層間すべりの効果が少なくなる。一方、平均粒径が大きすぎ ると、スプレー時のノズノレ閉塞などの問題が生じる。酸化物系層状化合物の添加量 は、本発明の継目無鋼管加工潤滑剤の組成中 10 40質量%で、好ましくは 20 3 0質量%である。酸化物系層状化合物の添加量が少なすぎると耐焼き付き性が低く なり、潤滑性に問題が出る。一方、酸化物系層状化合物の添加量が多すぎると組成 物の粘度が高くなり過ぎて、作業性に問題が出て来る。
[0017] 組成物中の硼酸アルカリ金属塩、又はアミン塩は、主剤となる酸化物系層状化合 物に沿って高温マンドレルバ一におけるその展着性を助け、また自ら補助潤滑剤とし て働く。硼酸アルカリ金属塩の例としては、硼酸リチウム、硼酸ナトリウム、及び硼酸力 リウム等を挙げることができる。また、硼砂(Na B〇 · 10Η〇)のように、メタ硼酸塩、
2 4 7 2
若しくは、ピロ硼酸塩及び/又は水和物も使用することができる。
[0018] 組成物中における硼酸アルカリ金属塩、又はアミン塩の添加量は、 5— 30質量% で、好ましくは 10— 20質量%である。これらの塩の添加量が多すぎると、主剤の潤滑 性を妨害する。また、これらの塩の添加量が少なすぎると、主目的である主剤のマン ドレルバ一における展着効果に不具合をきたすと共に、流体潤滑の不足から結果と して潤滑不足を誘発する。
[0019] 本発明の継目無鋼管加工潤滑剤組成物に使用される水溶性高分子としては、本 願発明の規定する粘度条件を満たす範囲で天然、半天然、あるいは合成の水溶性 高分子を単独で、あるいは複数組み合わせて使用することもできる。これら水溶性高 分子については後に具体的に説明する。
[0020] 次に、本願発明者等が見出した理想的な粘度形態を図 1に示す。図 1は、縦軸に 粘度、横軸に時間をとり、
0) :静置 (ii)一 (m) :定速剪断
(iii) - (iv) :剪断停止
の各条件下、時間とともに変化する粘度をグラフ化したものである。
[0021] 本願発明者等は、継目無鋼管加工潤滑剤組成物が、以下の(1)一(4)に示す粘 度特性を有すればマンネスマン製管法による継目無金属管の製造にあたって、良好 な潤滑性が得られることを見出した。すなわち
(1)酸化物系層状化合物などの固体粒子が均一安定に貯蔵されるためには、 (i)の 静置時の粘度が高いことが必要である。粘度が低いと、固体粒子が沈降してしまうか らである。
(2)配管内の流動性や、スプレー性を確保するためには、(Π)—(iii)の剪断中の粘 度が低いことが必要である。
(3)潤滑性能に最も影響の深い流体の高温バーへの緻密、かつ均一な付着性は、( ii)の粘度が高いことが必要である。微視的に見ると、潤滑剤は工具表面に連続して スプレー塗布されている。その際、最初に到達し付着した潤滑被膜の上に、次に到 達した潤滑剤がスプレー塗布されることになる。すなわち、最初に付着していた潤滑 皮膜に剪断力かかることになるので、(ii)の粘度が低いと、スプレー圧力により削ぎ落 とされるカ 又は、飛散してしまうからである。
(4)工具表面において、固体粒子の均一安定な保持性を確保するためには、(iii)一 (iv)において剪断の終了後、直ちに粘度上昇に転じることが必要である。粘度が回 復するまで時間がかかるか、あるいは回復しないままでは、潤滑剤が工具表面から流 れ落ちてしまうからである。
[0022] 高分子を多量に添加することなぐ貯蔵安定性、装置配管内での移送性、潤滑箇 所へのスプレー性、高温マンドレルバ一への均一付着性等の諸性質を満足する図 1 の粘度形態を実現するために、本願発明者等は下記式を満足することが必要である ことを見出した。すなわち、上記諸性質を満足する本願発明の潤滑剤組成物の粘度 特性を、後述する実施例に記載の粘度測定方法によって測定した結果、得られた粘 度特性曲線が下記近似式の a及び bの範囲内であった。
Y=a -Xb 丫:粘度(111?& - 3) X:ずり速度(s—
静置保管中において a :4000— 40000
b:-l.0—— 0. 3
剪断終了時から 90秒後において a: 1000 20000
b:-l.0—— 0. 15
近似式 Y=a'Xbにあって、静置保管中において
a:4000— 40000、
b:-l.0—— 0. 3
とした。 aが 4000未満では、潤滑剤組成物の静置時の粘度が低ぐ酸化物系層状化 合物が保管中に沈降してしまうからである。また、 aが 40000を超えると、潤滑剤組成 物の流動性がほとんどなくなり、移送上問題が生ずるからである。
[0023] さらに、 bがー 0. 3より大きいと、潤滑剤組成物の静置時の粘度と剪断時 (移送ゃス プレー時)の粘度の差が小さぐ移送やスプレーに問題が生ずる。また、 bがー 1· 0未 満では、潤滑剤組成物のスプレー時に粘度が下力 Sり過ぎて工具に塗布したとき、付 着した潤滑剤が潤滑剤自身の圧力により削ぎ落とされるか、又は飛散してしまう。より 好ましくは、
a: 7000— 30000
b:-0. 5—— 0. 8
である。
[0024] ここで、近似式 Y=a'Xb を図 1により説明すると、静置保管時 (すなわち Xの値が 限りなく 0に近い時)の aの値が大きぐ bの値が小さい方が図 1の(i)の粘度が高ぐ安 定性は良好になる。例えば、
X=0.01、 a = 100000、 b=— 1
では
Y=10, 000, 000 mPa-s となる。
[0025] 近似式 Y=a'Xbにあって、剪断終了時から 90秒後において
a: 1000— 20000
b:-l.0一一 0. 15 とした。 aが 1000未満、あるいは bがー 1. 0未満では、水溶性高分子が剪断され、粘 度が回復するまで時間がかるカ あるいは剪断され回復しないままで、工具に塗布し たとき、潤滑剤が流れ落ちてしまうからである。また、 aが 20000を超えると、あるいは bが _0. 15を超えると、移送時やスプレー時に問題が生じるためである。より好ましく は、
a : 3000— 20000
b : -0. 3—— 0. 8
である。
[0026] 剪断時 (すなわち攪拌直後の Xの値が大きい時)の aの数値が大きぐ bの数値が小 さい方が、図 1の(ii)一(m)の粘度が高い。 aが大きすぎ、 bが小さすぎると、粘度は低 くならず、移送性、スプレー性に支障をきたす。例えば、
X= 10、 a= 100000、 b =— 1
では
Y= 10, 000 mPa - s となる
剪断後(すなわち攪拌直後の Xの値が小さい時)は、図 1の(iv)であり、 a及び bの数 値が静置保管時の数値と同程度になれば粘度の回復が早い。この場合には、潤滑 剤が工具に付着したとき、流れ落ちに《なる。従って、以上に説明した、本願発明の ような適切な粘度特性が必要となる。
[0027] 本願発明者らは、上述の粘度特性を満足する条件を鋭意検討した結果、本願発明 の潤滑剤組成物に使用する水溶性高分子として、シユードプラスチック流動性水溶 性高分子単独でも満足する場合があるが、シユードプラスチック流動性水溶性高分 子とチクソトロピック流動性水溶性高分子の両方を添加すると満足しやすいことを発 見した。
[0028] シユードプラスチック流動性水溶性高分子としては、代表的なものにザンサンガム、 ゥエランガム、ラムザンガムのようなバイオガムがある。ザンサンガムの化学構造はグ ルコース 2個、マンノース 2個及びグルクロン酸 1個力 なる構成成分を単位として、 結合ブロックの反復よりなる水溶性高分子多糖類である。その化学構造モデルを図 2 に示す。 [0029] チクソトロピック流動性水溶性高分子としては、代表的なものに、カルボキシメチル セルロースの塩(Na塩、 K塩、アミン塩)がある。一例としてグルコースがダルコシド結 合した長鎖状のポリマーの化学構造モデルを図 3に示す。
[0030] シユードプラスチック流動性、及び/又は、チクソトロピック流動性は、上記以外にも 分子量、他成分 (例えば金属(Ca等)イオン)、 pHの影響により明確な区別が困難な 下記物質、例えば、ジュランガム、サクシノグノレカン等のバイオガム、タマリンド、タラ ガム、ローカストビーンガム、カラギーナン等の天然多糖類、メチルセルロース、ェチ ノレセノレロース、ヒドロキシェチノレセノレロース、ヒドロキシプ口ピノレセノレロース、ヒドロキシ ェチノレメチノレセノレロース、ヒドロキシプロピノレメチノレセノレロース等のセノレロース誘導体 、その他ポリアクリル酸の塩(Na塩、 K塩、ァミン塩)、アルギン酸の塩(Na塩、 K塩、 アミン塩)、等を潤滑剤組成物中に配合することによつても達成することができる。
[0031] 次に、シユードプラスチック流動性水溶性高分子の静的状態、及び動的状態の粘 度特性を図 4に、チクソトロピック流動性水溶性高分子のそれを図 5に示す。シユード プラスチック流動性水溶性高分子のみでは、静的状態から動的状態への変化が直 線的であり、本発明の範疇ではあるが充分に満足するものではなレ、。一方、チタソト 口ピック流動性水溶性高分子の粘度変化は、シユードプラスチック流動性水溶性高 分子の粘度変化に比し、静的状態力 動的状態に移行した場合の粘度差が少なく ゆるやかである。また、チクソトロピック流動性水溶性高分子は、動的状態が起きてか ら粘度低下を起こすまでに若干の時間(降伏値)が必要である。また、チクソトロピック 流動性水溶性高分子は、動的から静的に移った場合の粘度上昇にも時間が必要で ある。このような粘度変化に時間力 Sかかると、マンドレルバ一にスプレーされた潤滑剤 が乾燥迄の造膜過程において、理想的な造膜のための粘度変化ができない。その 結果、マンドレルバ一への均一密着に難をもたらす。従って、チクソトロピック流動性 水溶性高分子のみでは、本発明の目的を充分に満足することはできない。
[0032] 図 1に示した理想的な粘度形態の実現には、上述した 2種類の高分子の両方を添 加することが望ましい。具体的には、シユードプラスチック流動性水溶性高分子の添 加割合は、組成物全量基準で 0. 01-1. 0質量%であり、それに対するチクソトロピ ック流動性水溶性高分子の添加割合は組成物全量基準で 0. 1-2. 0質量%である 。より好ましくは、シユードプラスチック流動性水溶性高分子の割合は組成物全量基 準で 0. 05-0. 5質量%であり、それに対するチクソトロピック流動性水溶性高分子 の割合は組成物全量基準で 0. 5— 1. 5質量%である。
[0033] シユードプラスチック流動性水溶性高分子の添加割合がチクソトロピック流動性水 溶性高分子の割合より多くなると、剪断による粘度変化が大きくなり過ぎ、マンドレル バーへの均一付着性に難をきたす。また、チクソトロピック流動性水溶性高分子の割 合が大きくなりすぎると、酸化物系層状化合物の分散安定性と高温マンドレルバ一へ の展着性が悪くなり、均一密着性に難をきたす。
[0034] この 2種類の混合系の粘度形態は図 4と図 5とに示す粘度特性の合成形を持つ。そ の、定性的な粘度特性は以下のとおりである。すなわち、図 1において、(i)の箇所で はシユードプラスチック流体の性質により静置時の粘度は高い。その後、剪断がかか るとシユードプラスチック流動とチクソトロピック流動状態の合成形をもった、 (i)一 (iii) の粘度低下を示す。最後に、剪断が終了するや直ちに Gv)に示す粘度上昇に転じる
[0035] なお、両高分子の合計が組成物全量基準で 3. 0質量%を超えると浸炭の問題が 生じ好ましくない。また両高分子の割合が組成物全量基準で 0. 11質量%未満では 酸化物系層状化合物の分散安定性に難をきたし、本発明の潤滑剤組成物として完 成しない。
[0036] その他、一般的な消泡剤、分散剤の添加も有機物系の化合物は浸炭の危険性が あるので少量 (組成物全量基準で 0. 5質量%以下)の添加のみ許される。炭素を含 まなレ、、無機系のものにあっては本願発明の基本的性能に影響を与えなければ添 加は許される。
実施例
[0037] (1)評価用試料の作成
表 1一 2に示す実施例 18種、及び表 3に示す 10種の比較例、合計 28種類の試料 を作成した。これらの試料の近似式における静置保管時、及び剪断終了時から 90秒 後の固有の定数「a」、「b」の値もこれらの表 1一 3に示す。
[0038] (2)性能評価試験 1)粘度
(i)測定条件
測定器: B型回転粘度計を使用した。
測定温度: 25°Cに設定した。
剪断条件: 500mlビーカーに試料 500mlを入れ、 φ 50mmのプロペラに
て 3000rpmの条件の下、 1分間攪拌を行った。
回転数:低回転(1. 5rpm) [ずり速度: 0. 323-0. 366 (s— ]
高回転(60rpm) [ずり速度: 12. 9— 14. 6 (s一1) ]
なお、上記ずり速度に数値の幅があるのは、プレート上にコーンを回転させて粘度 を測定する回転粘度計において、各試料ごとに実際に使用したコーンが異なること に起因するものである。
(Π)測定方法
静置粘度:試料を攪拌後 24時間静値したものを、低ずり速度で測定開始し、その測 定開始力 60秒後の粘度計の目盛りを読み取り係数を乗じた粘度と、引き続き高ず り速度で測定開始し、その測定開始力 60秒後の目盛りを読み取り係数を乗じた粘 度を静置粘度として記録した。
剪断粘度:試料をプロペラにより攪拌して剪断を与える操作を行レ、、その操作終了か ら 30秒後に、低ずり速度で測定開始し、その測定開始から 60秒後の粘度計の目盛 りを読み取り係数を乗じた粘度と、再度試料を攪拌してから 30秒後に、高ずり速度で 測定開始し、その測定開始力 60秒後の目盛りを読み取り係数を乗じた粘度を剪断 粘度として記録した。
上記測定において、「剪断終了時から 90秒後」とは、試料組成物を攪拌して剪断を 加える操作を行い、その操作終了時から 30秒後に、所定のずり速度で測定を開始し 、その測定開始から 60秒後のことをさす。すなわち、「90秒後」は、上記 30秒と 60秒 との合計値に対応するものである。また、「剪断終了時」とは、上記攪拌操作のための プロペラの回転が停止したときのことをいう。
(iii)固有の定数「a」、「b」の値の決定
近似式 Y = a'Xb において、両辺の対数をとると、 log (Y) =blog (X) +log (a)
一方、上記測定により得られた X、及び Yについて、 log (X)、及び log (Y)を求め、 これらをグラフのそれぞれ縦軸及び横軸に対応させてプロットすると、ほぼ直線関係( 一次関数の関係)が得られる。プロットしたデータから最小自乗法により、一次関数の 傾きである「b」と、縦軸切片である「a」を求めることができる。
[0039] 2)貯蔵安定性
( 試験方法
試料 500mlをガラス容器に貯蔵し、 7日間静置後の分離状況を観察した。
(ii)評価方法:下記評価基準により評価を行った。
◎:上澄み発生無し、底部沈降無し。
〇:上澄み 5%未満発生、底部沈降無し。
△:上澄み 5%以上発生、底部沈降無し。
X:上澄み発生に関係なぐ底部沈降あり。
但し、「上澄み」とは固形物を含まないほぼ透明な液体部分をいう。その検出は、 50 0mlビーカーの側面より観察し、試料液面から上澄みの高さを測定することにより行 つた。また、その上澄み高さを全液面高さの百分率で評価した。
また、「底部沈降」とは固体潤滑剤が底部に沈降し、流動性のないハードな層が確 認できる状態をいう。
[0040] 3)浸炭性
( 試験方法
材質が SKD61で外径が 140. 5mm、有効部長さが 18mのマンドレルバ一に、実 施例 4、 11、 13と比較例 6の 4種類の潤滑剤をスプレー塗布し乾燥固化させ、マンド レルバー表面に膜厚 100 μ mのほぼ均一な潤滑被膜を形成させた。潤滑剤を塗布 したマンドレルバ一を、下記詳細を有する素管に挿入し、 7スタンドからなるマンドレ ルミルを用レ、て仕上げ圧延用素管に延伸圧延した。
延伸圧延前素管仕様
素材:オーステナイト系ステンレス鋼(SUS 304L)
原加工:傾斜ロール穿孔圧延機で穿孔圧延 形状:外径 181. Omm、肉厚 16. Omm、長さ 7000mm
延伸圧延後素管形状:外径 151. Omm、肉厚 5. Omm、長さ 25300mm マンドレルミルにより圧延した後、引き続き 26スタンドからなるストレツチレデューサ 一で仕上げ圧延し、外径 63. 5mm,肉厚 7. 0mm、長さ 40000mmの鋼管に仕上 げた。この鋼管から、肉厚 5mm、幅 25mm、長さ 50mmの円弧状の試験片を採取し た。この試験片を用いて、 JIS G0575に規定された硫酸-硫酸銅腐食試験を行レ、、 内表面に発生した粒界腐食割れ状態を観察した。
(ii)評価方法:下記評価基準により評価を行った。
◎:割れ無し。
X:割れあり。
[0041] 4)スプレー性
( 試験条件
スプレー方式:エアレススプレーにて行った。
吐出圧力: 3. OMPaに設定した。
ノズノレ: 1/4MVVP5010 ( (株)池内製)
スプレーパターン:扇型
スプレー角度:50度(水をスプレーした時の、扇型に広がる角度)
試料温度: 25°Cに設定して評価した。
(ii)評価:広力^性を、スプレー角度を測定して評価した。なお下記評価基準により 評価結果を記録した。
◎:ほぼ所定角度にスプレーされる(50度)。
〇:所定角度より若干狭レヽ (40 45度)。
△:所定角度よりかなり狭い(20— 39度)。
X:ほとんど広がらなレ、(20度未満)又はスプレー粒子大。
[0042] 5)付着性 (付着量)
( 試験条件
スプレー方式:エアレススプレーにて行った。
吐出圧力: 3. OMPaに設定した。 ノズノレ: 1/4MVVP5010 ( (株)池内製)
スプレー角度:50度
試片温度: 60、 80、 100、 120。Cに設定した。
ノズルー試片距離: 250mmに設定して試験を行った。
試片速度: 2mZ秒とした。
(ii)評価方法:試片(65mm X 120mm X 30mmの鋼板)に試験条件にてスプレー を行い、塗布後試片を 120°Cまで加熱し潤滑剤を乾燥させた後、 20 40°Cに放冷 し、潤滑剤皮膜をナイフにて剥ぎ取り重量測定し、付着面積 (0. 0078m2)にて除し た値を付着量とし、下記評価基準により評価を行った。
均一に付着し、付着量 50g/m2以上。
〇:ほぼ均一に付着し、付着量 50gZm2以上。
△:若干流れ落ち、付着量 40g/m2以上。
X:激しく流れ落ち、付着量 30g/m2以下。
X X:ハジキにより付着性悪い、付着量 30g/m2以下。
[0043] (3)試験結果
上記試験 1)一 5)の結果を表 1一 3に示す。
[0044] [表 1]
0504
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0001
Φ,() (屮) i (\ CC/)M:B5000020016loo*
Figure imgf000018_0001
CMC* (C):分子量(175,000) 粘度(2500/2%)
CMC* (D):分子量(195,000) 粘度(3500/2%)
CMC* (E):分子量(30,000) 粘度(15/2%)
ポリアクリル酸 Na (A):分子量 (500,000) 粘度(75/1 %)
ポリアクリル酸 Na (B):分子量(1,650,000) 粘度(300Z0. 2%)
* CMC =カルボキシメチルセルロースの Na塩
* * : 2%水溶液にした時の、 25°Cにおける粘度が 800m
Pa' sであることを表す。
[0048] (4)結論
以上の試験結果から、本発明例の潤滑油組成物は、貯蔵安定性、スプレー性、付 着性のいずれの面においても良好な性能が確認された。これに対して、比較例に示 した組成物群は、これらの点において満足すべき性能を得ることができな力、つた。
[0049] 以上、現時点において、最も、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に 関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に 限定されるものではなぐ請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あ るいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う継目無鋼 管加工潤滑剤組成物もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されな ければならない。
産業上の利用可能性
[0050] 本発明の、継目無鋼管加工潤滑剤組成物は、油井管などとして使用される継目無 鋼管を製造するマンネスマン製管加工工程における加工用潤滑剤として有用である 図面の簡単な説明
[0051] [図 1]継目無鋼管加工潤滑剤組成物として、理想的な粘度形態を示す図である。
[図 2]シユードプラスチック流動性水溶性高分子の一例の化学構造モデルを示す図 である。
[図 3]チクソトロピック流動性水溶性高分子の一例としての、グルコースがダルコシド結 合した長鎖状ポリマーの化学構造モデルを示す図である。 [図 4]シユードプラスチック流動性水溶性高分子の静的状態及び動的状態の粘度特 性を示す図である。
[図 5]チクソトロピック流動性水溶性高分子の静的状態及び動的状態の粘度特性を 示す図である。

Claims

請求の範囲
[1] 粘度特性が下記の近似式で示される継目無鋼管加工潤滑剤組成物。
Y=a-Xb 丫:粘度(111?&-3)
X:ずり速度(s—
静置保管中 ίこおレヽて a :4000— 40000
b:-l.0—— 0. 3
剪断終了時から 90秒後において a: 1000— 20000
b:-l.0—— 0. 15
[2] 酸化物系層状化合物 10— 40質量%、硼酸のアルカリ金属塩又はアミン塩の 1種以 上を 5— 30質量%、この硼酸のアルカリ金属塩又はアミン塩の 1種以上の水溶液に 可溶な水溶性高分子 1種以上を 0. 11-3. 0質量%、残部水からなる請求の範囲第 1項に記載の継目無鋼管加工潤滑剤組成物。
[3] 前記水溶性高分子として、シユードプラスチック流動性水溶性高分子、又は、シユー ドプラスチック流動性水溶性高分子とチクソトロピック流動性水溶性高分子とを含む 請求の範囲第 2項に記載の継目無鋼管加工潤滑剤組成物。
[4] 前記水溶性高分子として、組成物全量基準でシユードプラスチック流動性水溶性高 分子 0.01-1.0質量%、チタソトロピック流動性水溶性高分子 0. 1-2.0質量%を 含む請求の範囲第 2項に記載の継目無鋼管加工潤滑剤組成物。
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