(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基油と、高塩基性アルカリ土類金属スルホネートと、炭素数６〜６０の分岐脂肪酸及びその塩からなる群から選ばれる少なくとも１種とを含む、耐摩耗鋳鉄製圧延ロールの肌荒れ防止用潤滑剤（但し高塩基性アルカリ土類金属スルホネートの含有量が２０〜７０重量％である場合を除く）。
【請求項２】
粒子径５μｍ以上２０μｍ以下の球状シリカ粒子を含む請求項１記載の潤滑剤。
【請求項３】
高塩基性アルカリ土類金属スルホネートの塩基価が１００以上である請求項１又は２項記載の潤滑剤。
【請求項４】
粘度が４０℃において１０００ｍｍ2/s 以下である請求項１〜３のいずれか１項記載の潤滑剤。
【請求項５】
耐摩耗鋳鉄製圧延ロールを用いた鋼の熱間圧延方法において、請求項１〜４のいずれか１項記載の潤滑剤を、ウオーターインジェクション方式の潤滑剤給油法によって、ロール表面に給油し、ロール表面の酸化皮膜の形成を抑制することを特徴とする鋼の熱間圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の熱間圧延に際し、耐摩耗鋳鉄製圧延ロールを用いた場合の、ロール表面の肌荒れを防止する事を目的に開発した潤滑剤及び熱間圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼の熱間圧延には、圧延ロールとして、ハイクロム鋳鉄製、アダマイト鋳鉄製又はＮｉグレーン鋳鉄製の３種類が主として使用されてきた。しかし、これらのロールでは、鋼熱間圧延の過酷な条件下では、耐摩耗性及び耐肌あれ性が不十分であった。近年、耐摩耗性が従来ロールに比べて飛躍的に向上した耐摩耗鋳鉄製圧延ロールが開発され（特開昭５８−８７２４９号）、前記の３種類のロールと置き替わりつつある。
しかし、特開昭５８−８７２４９号に開示されたような耐摩耗鋳鉄製圧延ロールは従来の圧延ロールと同様に、鋼の熱間圧延時において、ロール表面に圧延材の表面スケールが展着し、黒皮と呼ばれるＦｅ2 Ｏ3 とＦｅ3 Ｏ4 を主成分とする表面酸化物が生成する。このように、耐摩耗鋳鉄製圧延ロールは摩耗に関しては、改善されているものの表面酸化物の発生は従来ロールと変わらない。そして圧延の進展によって、この表面酸化物が剥離する現象が発生する。表面酸化物が剥離した部分は、酸化皮膜が残存した部分と段差を生じる事によりロール肌荒れとなるが、このロール肌荒れ模様は、圧延材に転写され、圧延材の表面品位を低下させる。このため、ロールの交換や研磨が必要となり、本来の耐摩耗鋳鉄製圧延ロールの効果を著しく低下させている。
【０００３】
本発明者らは上記の課題を解決するには、耐摩耗鋳鉄製圧延ロール表面の酸化膜形成を抑制できる潤滑剤を開発する事が望ましいと考えた。その理由は、従来使用されてきたハイクロム鋳鉄製、アダマイト鋳鉄製又はＮｉグレーン鋳鉄製のロールでは、圧延時に形成される表面酸化物が素地よりも耐摩耗性に優れているため、ロール表面に酸化膜を積極的に形成させる事がロールの耐摩耗性向上に寄与すると考えられるのに対し、耐摩耗鋳鉄製圧延ロールでは、素地そのものが耐摩耗性に優れている為、酸化膜の耐摩耗性は必要なく、むしろ、酸化膜を形成させないことが剥離の発生もなく、望ましいと考えられるためである。この問題を解決するため、本発明者らは、先に、特開平６−２００２８２号記載の方法を提案した。この方法は、熱間潤滑剤組成物を、ウオーターインジェクション方式給油によって、耐摩耗鋳鉄製圧延ロールの表面に圧延中に塗布することによって、ロール表面のＦｅ2 Ｏ3 とＦｅ3 Ｏ4 を主成分とする酸化被膜の形成を抑制する事を特徴とするものである。
【０００４】
特開平６−２００２８２号には、高塩基性カルシウムスルホネートを必須成分とし、鉱油、エステル、球状シリカ粒子を加えた潤滑剤、及びその潤滑剤を用いた鋼の熱間圧延方法が記載されている。本発明者らは、熱間圧延機６スタンドミル列の第２スタンドにおいて、ウオーターインジェクション方式による潤滑剤給油設備を用い、この潤滑剤を、耐摩耗鋳鉄製圧延ロールに給油することによって、表面酸化被膜の形成を抑制することができた。この結果、ロール表面の酸化被膜剥離を起因とするロール表面の肌荒れは無くなり、圧延材の表面品質を大幅に向上させる事が可能となった。ところが、この潤滑剤を用い、従来と比べ多量の鋼材を圧延したところ、ロール表面の酸化皮膜の剥離を生じ、圧延の長期継続が不可能となった。
多量の鋼材を安定して連続的に熱間圧延できることは、圧延能率の向上に大きく寄与するので、このような圧延を可能にする優れた潤滑剤が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記欠点のない潤滑剤、すなわち、従来の潤滑剤を使用した場合と比較して、多量の鋼材を圧延した場合においても、耐摩耗鋳鉄製圧延ロールの表面に給油した場合、ロール表面の酸化被膜の形成を十分に抑制する耐摩耗鋳鉄製圧延ロールの肌荒れ防止用潤滑剤を提供することである。本発明の他の目的は該潤滑剤を用いた鋼の熱間圧延方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基油と、高塩基性アルカリ土類金属スルホネートと、分岐脂肪酸及びその塩から成る群から選ばれる少なくとも１種とを含む耐摩耗鋳鉄製圧延ロールの肌荒れ防止用潤滑剤である。
本発明の潤滑剤は、更に粒子径５〜２０μｍの球状シリカ粒子を含んでいてもよい。
本発明の潤滑剤は、ウォーターインジェクション方式等の給油方法により、耐摩耗鋳鉄製圧延ロールの表面に給油される。本発明の潤滑剤を使用すると、従来の潤滑剤を使用した場合と比較して多量の鋼材を圧延した場合においても、耐摩耗鋳鉄製圧延ロール表面に酸化被膜が形成されることはなく、酸化被膜の剥離を原因とするロール表面の肌荒れ発生を有効に抑制することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の潤滑剤に使用される高塩基性アルカリ土類金属スルホネートとしては、高塩基性カルシウムスルホネート、高塩基性マグネシウムスルホネート及び高塩基性バリウムスルホネートが挙げられる。いずれを用いても同様の効果が得られる。従って、以下この明細書においては高塩基性カルシウムスルホネートについて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明に使用される高塩基性カルシウムスルホネートは公知である。例えば、市販品としては：ウイトコ社のブライトンＣ３００、ルブリゾール社のルブリゾール５３４７、テキサコ社のＴＬＡ６７４、ＴＬＡ４１４などがある。
【０００８】
高塩基性カルシウムスルホネートとしては、例えば、所定の溶媒（例えば、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素溶剤、メタノール等の脂肪族アルコール、水等）中に、アリールスルホン酸又はアルキルスルホン酸と過剰モル（例えば、スルホン酸１モルに対して、３〜１０モル）の水酸化カルシウムを加え、次いで炭酸ガスを通じた後、溶媒を除去して製造された物が好ましい。この方法で製造された高塩基性カルシウムスルホネートは、ＣａＣＯ3 を安定に分散している透明な液体であり、鉱油またはエステルに任意に溶解する。従って、これを含む潤滑剤は従来の圧延油の給油法として一般に用いられている、ウォーターインジェクション方式の給油設備によって、給油が可能である。
【０００９】
高塩基性カルシウムスルホネートはその中にＣａＣＯ3 がコロイド状に安定に分散している透明で安定な液状の物質であり、ＣａＣＯ3 の粉体とは異なり、微細なＣａＣＯ3 がロール表面に均一に付着し、ロールに対する、スケールの展着をむらなく抑制する事ができると考えられる。すなわち、ＣａＣＯ3 は圧延ロールに付着した後、圧延材と接触し、加熱されて、ＣａＯに分解する。ＣａＯの様なアルカリ土類金属の酸化物は、圧延材表面に存在するスケールと反応し、表面スケールを、ＣａＯとＦｅＯの固溶体を主成分とするスケールに改質する働きを有する。このＣａＯとＦｅＯの固溶体を主成分とするスケールは、一般的な鋼の熱間圧延時の圧延材表面に生成するＦｅＯを主成分とするスケールとは異なり、ロール表面に展着しないので酸化皮膜の形成を抑制する事が可能となる。
【００１０】
本発明の高塩基性カルシウムスルホネートは、潤滑剤中に０．１〜９８．９重量％（但し２０〜７０重量％である場合を除く）含有させる事が好ましい。高塩基性カルシウムスルホネートの含有量が０．１重量％未満の場合、ＣａＯとＦｅＯの固溶体の形成が不充分となることがある。本発明に使用する高塩基性カルシウムスルホネートは、塩基価に換算して、１００以上のＣａＣＯ3 を含有する事が好ましい。塩基価とは、試料１ｇ中に含まれる全塩基成分を中和するのに要する塩酸と当量の水酸化カリウムのｍｇ数をいう。この塩基価は、ＪＩＳ２５０１において、全塩基価として規定されている。従って、高塩基性カルシウムスルホネートは、塩基成分であるＣａＣＯ3 を多く含有する程、塩基価が高くなる。本発明に使用する高塩基性カルシウムスルホネートの塩基価は、さらに好ましくは１００〜５００である。塩基価が１００未満では、ＣａＣＯ3 がＣａＯに変化した後、ＦｅＯと固溶体を形成し難くなり、また５００より高くした場合、ＣａＣＯ3 を安定に分散させることが難しくなる。
【００１１】
本発明の潤滑剤に用いる基油は、鉱油及びエステルからなる群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。本発明の潤滑剤中の基油の含有量は、好ましくは１重量％以上である。含有量が１．０重量％未満の場合には、後述の摩擦係数低下効果及び粘度調整効果が十分に発揮されないことがある。
鉱油及びエステルはいずれもロールと圧延材の間に潤滑膜を形成し、摩擦係数を下げ、耐摩耗鋳鉄製圧延ロールの肌荒れを抑制する働きがある。又、高塩基性カルシウムスルホネート単独では粘度が高く、ポンプで給油する事が困難又は不可能な場合、比較的粘度の低い鉱油またはエステルあるいは鉱油とエステルの混合物を加える事によって、ポンプ給油が可能な粘度に調整する事が可能となる。本発明の潤滑剤に使用される鉱油としては、スピンドル油、マシン油、モーター油の様な比較的粘度の低いものが好ましい。また、エステルとしては２−エチルヘキサノール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスルトール等のアルコール中のＯＨ基の内１以上を炭素数４〜２２の脂肪酸によってエステル化したものが、比較的粘度が低い事から好ましい。
【００１２】
本発明の潤滑剤に更に、粒子径５〜２０μｍの球状シリカ粒子を０．１〜１０重量％含有させる事によって、ロール表面に対する潤滑剤の付着性を顕著に向上させることができる。この目的で使用される球状シリカ粒子は、シリカを２０００℃以上に加熱し溶融した状態で、ノズルより噴霧し、急冷した後、遠心沈降法により分級して製造された物が好ましい。シリカ粒子は一般に、表面が親水性であるため、エマルションとなった場合、水部分に移行し易い。しかし、球状シリカ粒子は、多面体状シリカ粒子等の表面積の大きなシリカ粒子と比較して、親水性が低く、エマルションとなった場合、水部分に移行しにくいという性質を有するため、ロール表面に対する潤滑剤の付着性を顕著に向上させるものと考えられる。
【００１３】
本発明に使用される分岐脂肪酸は、合成分岐脂肪酸及び、天然分岐脂肪酸のいずれも使用することができる。このような分岐脂肪酸の具体例としては、分岐ノナン酸（CEKANOIC C-9 ACID)、分岐ラウリン酸（商品名イソカーブ１２：コンデア社製）、分岐ステアリン酸（商品名エマーゾル８７１、エマーゾル８７３：エメリー社製）が挙げられる。分岐脂肪酸の炭素数は、好ましくは、６〜６０、より好ましくは、９〜４０である。
本発明に使用される分岐脂肪酸塩の具体例としては、アミン塩、または金属塩等が挙げられる。アミン塩の代表例としては、脂肪族アミン塩、芳香族アミン塩、脂環式アミン塩、アルカノールアミン塩等が挙げられる。金属塩の代表例としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、その他亜鉛、鉛等の金属塩が挙げられる。
【００１４】
これらの合成分岐脂肪酸、天然分岐脂肪酸、その塩は、高塩基性アルカリ土類金属スルホネート、あるいは、高塩基性アルカリ土類金属スルホネートに、鉱油、エステル、球状シリカ粒子の内１種以上を溶解させたものに、任意の量で溶解する。これらの合成分岐脂肪酸、天然分岐脂肪酸、その塩は、いずれも、高塩基性アルカリ土類金属スルホネート、あるいは、高塩基性アルカリ土類金属スルホネートに、鉱油、エステル、球状シリカ粒子からなる群の内１種以上を組み合わせたものに、加えた場合、従来の潤滑剤と比較して多量の鋼材を圧延した際においても、耐摩耗鋳鉄性圧延ロール表面の酸化被膜の生成を有効に抑制するという、優れた効果を有する。
本発明の潤滑剤中に使用される分岐脂肪酸及び／又はその塩の量は、潤滑剤中０．１重量％以上が好ましく、好ましくは、０．１〜９９．９重量％、より好ましくは０．５〜３０重量％、最も好ましくは０．５〜１０重量％である。含有量が、０．１重量％に満たない場合、従来の潤滑剤と比較して、多量の鋼材を圧延した際に、耐摩耗鋳鉄製圧延ロール表面の酸化被膜の形成を十分に抑制できないことがある。
【００１５】
本発明の耐摩耗鋳鉄製圧延ロールの肌荒れ防止用潤滑剤に、さらに種々の潤滑油添加剤を加えることによって、潤滑剤としての性能をさらに向上させることができる。このような添加剤の具体例としては、油性剤（油脂、重合油脂等）、極圧剤（ジンクジアルキルジチオフォスフェート、モリブデンカーバメート、オクチル酸コバルト等の亜鉛、モリブデン、コバルト等を含有する油溶性有機化合物、硫化油脂、ジドデシルポリサルファイド等の硫黄化合物、正リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステル等のリン酸化合物）、付着向上剤兼流動点降下剤（ポリイソブチレン、ポリメタクリレート等）、酸化防止剤（アルファナフチルアミン、ジターシャリブチルフェノール等）が挙げられる。これらの添加剤の使用量は特に制限されないが、通常、潤滑剤中１〜３０重量％である。
【００１６】
本発明の潤滑剤は、適当な粘度の鉱油及び／又はエステルを使用することによって、固有の粘度を４０℃で１０００ｍｍ2 ／ｓ以下としたものが好ましい。この理由は、潤滑剤の粘度が４０℃で１０００ｍｍ2 ／ｓ以下の場合、一般的な潤滑剤搬送ポンプを用いて容易に給油できるためである。一般に潤滑剤搬送ポンプとして用いられるギヤー方式やプランジャー方式のポンプは、潤滑剤の粘度が高すぎる場合、吸入不良や圧力損失増大によって、給油が不能となる事が多い。この現象は、本発明の潤滑剤をロールへ安定供給する際に、大きな障害となる。
本発明の潤滑剤の給油量は、上下ロールそれぞれに、０．０１〜１．０Ｌ／分程度が適当である。
【００１７】
本発明はまた、本発明の潤滑剤を用い、ウォーターインジェクション方式の給油設備を用いて、ロール表面に給油する事を特徴とする鋼の熱間圧延方法である。給油された潤滑剤は、配管中で希釈水の配管乱流によって強制エマルションとなった後、ノズルを介してロール表面に噴射される。この方法によって、耐摩耗鋳鉄製圧延ロール表面の酸化皮膜の形成を有効に抑制する事が可能となる。
【００１８】
本発明の潤滑剤は、例えば、撹拌機を有するステンレス製加熱釜に、高塩基性カルシウムスルホネートと、必要な場合には、更に鉱油、エステル、球状シリカ粒子と、分岐脂肪酸及びその塩からなる群から選ばれる１種以上と潤滑油添加剤を所望の重量比率で投入し、５０〜１００℃にて、均一となるまで、例えば、３０分〜２時間、撹拌することにより容易に製造することができる。又、圧延油給油タンクに、各成分を所定量投入し加熱攪拌してもよい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の潤滑剤を用いて鋼の熱間圧延を行なった場合、従来と比べ、多量の鋼材の圧延を行った際も、耐摩耗鋳鉄製圧延ロール表面の酸化皮膜の形成を抑制する事ができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
表１〜３に示す成分を、撹拌機を有するステンレス製加熱釜に、表１〜３に示す重量比率で投入し、６０℃にて、１〜２時間撹拌することにより、実施例１〜１３及び比較例１〜４の潤滑剤を製造した。
この潤滑剤を、熱間仕上げ圧延機６スタンドミル列の第２スタンドにおいて、ウォーターインジェクション方式による潤滑剤給油設備を用い、以下に示す熱間圧延条件及び潤滑剤給油量で、耐摩耗鋳鉄製圧延ロール表面に給油し、従来と比べ高い圧延温度で圧延した。比較例５では、潤滑剤の代わりに希釈水のみを使用した。
【００２１】
0004112038.tif 000002
【００２２】
【表１】
0004112038.tif 000003
【００２３】
【表２】
0004112038.tif 000004
【００２４】
【表３】
0004112038.tif 000005
【００２５】
(1)高塩基性CaスルホネートＡ（塩基価１００）
(2)高塩基性CaスルホネートＢ（塩基価４００）
(3)高塩基性CaスルホネートＣ（塩基価５００）
(4)球状シリカ粒子（粒径５〜２０μm)
(5)鉱油Ａ（ＩＳＯ  ＶＧ４６）
(6)エステル（トリメチロールプロパントリオレート）
(7)分岐ラウリン酸（イソカーブ１２）
(8)分岐ステアリン酸（エマーゾル８７１）
(9)分岐ラウリン酸ジシクロヘキシルアミン塩
(10)潤滑剤の粘度（４０℃、 mm2/s）
(11)給油性（潤滑剤ポンプでの給油の可否）
(12)潤滑剤付着性（ロール表面の潤滑剤付着状態を目視で評価したもの）
◎非常に良好、○良好、△付着量が少ない〜全く付着していない。
(13)酸化皮膜厚 (μm)（ロール表面の酸化皮膜の厚さの平均値）
tr：痕跡
(14)肌荒れの発生（ロール表面の肌荒れの有無）
○肌荒れ無し、×肌荒れ有り