СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
CUTTING FLUID FOR METAL FORMING

Изобретение относится к жидкостям для смазки и охлаждения инструмента при обработке металлов давлением и может быть использовано при холодной прокатке полосовой стали и труб, а также при механической обработке металлов точением, сверлением, фрезерованием, шлифованием и др.
Известен концентрат смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов, содержащий жировые гудроны из отходов масложировой промышленности, щелочной агент в виде гидрооксида натрия, смазку в виде жидкого стекла и воду (RU 2368651 C1, МПК C10M 173/02, опубл. 27.09.2009). Недостатком концентрата смазочно-охлаждающей жидкости (эмульсии) является недостаточная его эффективность при механической обработке металлов.
Известна смазочно-охлаждающая жидкость, используемая при механической обработке металлов, которая имеет состав, мас.%: олеиновая кислота 2,2-2,4; гидроксид калия 0,6-0,8; алкилполиоксиэтиленфосфат 0,2-0,4; сукцинатполиэтиленгликоль моноэтаноламина 3,0-3,2; вода - остальное до 100 (RU 2461610 C1, МПК C10M 173/02, опубл. 23.06.2011). Недостатком смазочно-охлаждающей жидкости являются недостаточные антикоррозионные и смазочные свойства.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту, взятым за прототип, является смазочно-охлаждающая эмульсия (жидкость) для холодной прокатки, содержащая воду и масло с числом омыления не менее 130 мг КОН/г, при содержании в эмульсии механических примесей не более 100 мг/л на 1% общей концентрации масла (RU 2322482 C2, МПК C10M 173/00, опубл. 20.04.2007).
Недостатком смазочно-охлаждающей эмульсии является недостаточная эффективность для холодной прокатки.
Задачей изобретения является повышение эффективности СОЖ при снижении содержания масла в ней при холодной прокатке металлических полос и труб, а также при металлообработке.
Технический результат достигается, тем, что смазочно-охлаждающая жидкость для холодной прокатки содержит воду и масло с числом омыления не менее 130 мг КОН/г, при содержании механических примесей не более 100 мг/л на 1% общей концентрации масла, в отличие от прототипа, она дополнительно содержит углеродные нанотрубки типа «Таунит» при их концентрации - 1-1,2% и общей концентрации масла 1,25-1,5%.
По физическим свойствам наноматериал, состоящий из нанотрубок типа «Таунит», - это порошок черного цвета, нейтральный, хорошо смешивается с водой и др. жидкостями, обладает высокой прочностью, антикоррозионной стойкостью. Промышленная технология производства углеродных наноматериалов, состоящих из нанотрубок «Таунит», разработана совместно Институтом РАН им. Иоффе, Институтом физики твердого тела, Курчатовским центром (А. Ткачев, С. Мищенко / Промышленное производство графенового наноструктурированного материала Таунит // Научно- технический Журнал «Наноиндустрия», - 2007, №2).
Способность графеновых нанотрубок к смешиванию с водой позволяет получить смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) с улучшенными смазочными и антифрикционными свойствами.
В предлагаемом составе СОЖ при концентрации нанотрубок типа «Таунит» менее 1-1,2% необходимо увеличение концентрации масла в жидкости выше 1,25-1,5% (например, как в прототипе - 2,5-3,0%).
При концентрации нанотрубок типа «Таунит» более 1-1,2% необходимо снизить концентрацию масла в жидкости ниже 1,25-1,5%. Однако при этом СОЖ не будет обладать необходимыми смазочными свойствами.
3
Пример. Смазочно-охлаждающую жидкость готовят следующим образом. Приготавливают техническую воду с общей жесткостью 2-7 мг-экв/дм и pH7. В верхнее отверстие емкости, предназначенной для приготовления эмульсии, заливают определенный объем подогретой воды до температуры 20-35°C и включают лопастную мешалку, которая производит перемешивание. Затем через отверстие в емкость с водой при энергичном перемешивании мешалкой тонкой струей льют масло Индустриальное - 20, предварительно отмеренное дозиметром в количестве, чтобы обеспечить пропорцию 97,5-97,75% воды, 1,25-1,5% масла. Далее через второе отверстие добавляют в емкость предварительно отмеренный на аналитических весах по масс.% 1-1,2 углеродный наноматериал «Таунит» и производят перемешивание мешалкой в течение 1,5 часов.
При использовании смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) для холодной прокатки тонких стальных лент уменьшается удельное давление металла на валки, уменьшается износ бочек рабочих валков, улучшается качество прокатываемых полос. При снижении удельных давлений удлиняется срок службы валков, снижаются их поломки, выкрашивание. Снижение давления прокатки от действия контактных сил трения позволяет значительно повысить вытяжку и обжатие, например, прокатываемой жести.
Режим прокатки жести на пятиклетьевом стане 1200 ОАОММК из стали 08кп, шириной 730 мм по традиционной технологии с использованием СОЖ (вода-масло) представлен в таблице 1 (С.П. Антонов, М.И. Бояршинов, А.Ф. Пименов / Холодная прокатка жести. - М.: Металлургия. - 1965, с.21).
Таблица 1
№ клети
h<sub>0</sub>
h<sub>1</sub>
Δh
∈
-
мм
мм
мм
%
1
2,2
1,6
0,6
27,3
2
1,6
1,0
0,6
37,5
3
1,0
0,65
0,35
35
4
0,65
0,4
0,25
38,5
5
0,40
0,25
0,15
37,5
0
1
0
1
0
В таблице h, h - толщина полосы до и после прокатке в клети прокатного стана, Δh=h-h - абсолютное обжатие, ∈=100 Δh/h.
Режим прокатки жести на пятиклетевом стане 1200 ОАО ММК из стали 08кп, шириной 730 мм с использованием СОЖ (вода-масло-нанот-рубки графена «Таунит») представлен в таблице 2.
Таблица 2
№ клети
h<sub>0</sub>
h<sub>1</sub>
Δh
∈
-
мм
мм
мм
%
1
2,2
1,6
0,6
27,3
2
1,6
1,0
0,6
37,5
3
1,0
0,65
0,35
35
4
0,65
0,38
0,27
41,5
5
0,38
0,22
0,16
42,1
0
1
0
1
0
В таблице h, h - толщина полосы до и после прокатке в клети прокатного стана, Δh=h-h - абсолютное обжатие, ∈=100 Δh/h.
Сравнительный анализ данных, приведенных в таблицах 1 и 2, показывает, что при прокатке по традиционной технологии с использованием СОЖ (вода-масло) конечная толщина жести равна 0,25 мм, а при прокатке жести использованием СОЖ (вода-масло-нанотрубки графена «Таунит») конечная толщина жести равна 0,22 мм.
Кроме того, сравнительный анализ данных, приведенных в таблицах 1 и 2, также показывает, что при использовании СОЖ (вода-масло-нанотрубки графена «Таунит») в 4 и 5 проходах, что абсолютное обжатие увеличивается соответственно на 0,02 мм и 0,01 мм, относительное обжатие увеличивается соответственно на 3,0% и 4,6%.
Таким образом, использование СОЖ с нанотрубками «Таунит» при холодной листовой прокатке позволяет получить более тонкий металлический лист, что способствует значительной экономии металла при изготовлении металлической тары при производстве, например, металлической упаковки консервов.