Графитсодержащая высокотемпературная смазка для применения при горячей обработке высококачественных и углеродистых сталей давлением


 


Владельцы патента RU 2454452:

ХЕМИШЕ ФАБРИК БУДЕНХАЙМ КГ (DE)

Использование: при горячей обработке высококачественных и углеродистых сталей давлением. Сущность: смазка содержит в мас.% в пересчете на содержание твердых веществ: (а) графит в количестве от 40 до 90, (б) органический газообразователь в количестве от 2 до 50, (в) неорганическое разделительное средство в количестве от 5 до 50. Органический газообразователь (б) выбран из группы, включающей меламин, мелам, мелем, мелон, продукты взаимодействия и аддукты указанных выше соединений с циануровой кислотой или изоциануровой кислотой и смеси таких газообразователей между собой. Неорганическое разделительное средство (в) представляет собой слоистый силикат или смесь слоистых силикатов. Смазка может дополнительно содержать органический адгезив в количестве от 1 до 20 мас.%, а также неорганический или органический стабилизатор в количестве от 2 до 15 мас.%. Смазка может быть представлена в виде суспензии или дисперсии в жидкости, предпочтительно в воде, с содержанием твердой фазы от 5 до 50 мас.%. Технический результат - повышение стойкости при высоких температурах, повышение качества проката при прокатке широкого спектра сталей разных марок и изготовлении при изменяемой толщине стенок проката. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

 

Настоящее изобретение относится к высокотемпературной смазке, предназначенной для применения при горячей обработке высококачественных и углеродистых сталей давлением и содержащей графит, органический газообразователь и неорганическое разделительное средство. Изобретение относится также к применению предлагаемой в нем высокотемпературной смазки.

Область техники, к которой относится изобретение

При производстве бесшовных труб сначала сплошной стальной слиток или сплошную стальную заготовку нагревают до определенной температуры, при которой проводят обработку давлением, а затем подвергают прошивке с получением толстостенной трубы, так называемой гильзы. Далее эту гильзу надевают на специальный инструмент, называемый оправкой, и без дополнительного подвода тепла раскатывают, соответственно удлиняют путем протягивания по оправке расположенными снаружи валками. При этом поверхность обрабатываемого металла и поверхность контактирующего с ним обрабатывающего инструмента отчасти подвергаются воздействию значительных по своей величине давления и силы трения, которые оказывают решающее влияние на срок службы обрабатывающих инструментов. Помимо этого условиями трения в конечном итоге определяется качество поверхности производимых изделий.

Для изготовления бесшовных труб по описанной выше в общих чертах технологии путем горячей обработки давлением используют стали различного качества и различных марок, например легированные и высоколегированные стали и углеродистые стали. Поэтому к смазкам для оправок и разделительным средам, используемым при прокатке подобных сталей различных марок и при изготовлении из них бесшовных труб с разной толщиной стенок и с разными коэффициентами вытяжки или удлинения, предъявляются разные требования.

Поскольку свойства сталей, относящихся к разным группам материалов, существенно различаются между собой в процессе их обработки давлением в нагретом состоянии, при обработке углеродистых сталей давлением смазка преимущественно должна обладать максимально высоким смазывающим действием, а при обработке легированных и высоколегированных сталей дополнительно должна обладать также максимально высокой разделительной способностью. Помимо этого к высокотемпературной смазке предъявляются высокие требования касательно ее температуростойкости и способности обеспечивать получение проката стабильного качества при переходе к изготовлению бесшовных труб с другой толщиной стенки и/или при смене марки стали.

В процессе прокатки необходимо предотвращать прилипание прокатываемого металла к поверхности обрабатывающих инструментов, поскольку в противном случае существенно снижается качество внутренних поверхностей готовых продуктов. После нанесения смазки на обрабатывающие инструменты важное значение при последующей обработке давлением имеет также максимально высокая сила сцепления смазки с инструментом, быстрое подсыхание смазки и образование нанесенной на инструмент смазкой равномерного слоя на нем.

При использовании углеродсодержащих смазок, например графитсодержащих смазок, в результате контакта с ними прокатываемого металла при температурах, характерных для горячей обработки металлов давлением и составляющих порядка 1100-1300°C, на границах между зернами прокатываемого металла может происходить его так называемое науглероживание, при котором углерод диффундирует в приповерхностную зону металла, из-за чего возможно частичное охрупчивание металла и образование на его поверхности пор, глубина проникновения которых в металл может достигать примерно 300 мкм. Охрупчивание металла приводит при последующей обработке изготовленного из него полуфабриката к растрескиванию охрупчившегося материала и к невозможности дальнейшего использования полуфабриката. Образовавшиеся же на поверхности металла поры в процессе последующей раскатки гильзы вытягиваются в продольные риски. Подобные риски существенно снижают качество готового проката до неприемлемого уровня, чего необходимо избегать.

Ранее уже были разработаны различные составы смазок, специально согласованные с той или иной маркой стали и тем или иным методом прокатки. В результате при изменениях в производстве, например при переходе с прокатки легированных и высоколегированных марок стали к прокатке углеродистых сталей, оператору прокатного стана помимо изменения технологических настроек и параметров прокатки необходимо также заменять смазку. Все это связано с высокими затратами, обусловленными, например, необходимостью на длительное время прерывать производственный процесс, повышенными затратами труда на переналадку оборудования, необходимостью хранить на складе смазки разных типов, согласованные с особенностями конкретного обрабатываемого материала и конкретного процесса прокатки, необходимостью иметь на производстве дополнительные смесительные и расходные емкости и необходимостью предусматривать еще одно отдельное устройство для нанесения другой смазки, согласованной со специальными предъявляемыми к ней требованиями.

Смазки, специально разработанные для применения в процессах обработки высококачественных сталей давлением, описаны, например, в ЕР 0357508. Однако известные из этой публикации смазки оптимизированы для их применения только по этому назначению и поэтому не оптимальны для использования в процессах обработки углеродистых сталей давлением, поскольку не обеспечивают необходимую стойкость инструментов и не позволяют добиться заметного снижения потребления электроэнергии, затрачиваемой на привод валков.

Смазки, специально разработанные для применения в процессах обработки углеродистых сталей давлением, описаны, например, в ЕР 0164637, ЕР 0554822 и ЕР 0909309. Такие смазки можно при сравнимых условиях использовать в процессах пластического формоизменения материалов с более высоким содержанием легирующих элементов только в присутствии дополнительного порошкового раскислителя, усиливающего смазывающее действие.

В ЕР 0745661 описана графитсодержащая смазка, в состав которой входит один или несколько глинистых минералов из класса смектитов. Такие смазки дополнительно содержат золь кремниевой кислоты либо алюмосиликат калия. Согласно указанной публикации ЕР 0745661 подобные смазки позволяют практически полностью решить проблему науглероживания металлов графитсодержащими смазками при сравнительно высоких рабочих температурах. Хотя такие смазки, содержащие графит и слоистый силикат, и обладают сниженной способностью науглероживать металлы при их обработке, тем не менее их свойства касательно создаваемых ими условий трения между металлическими поверхностями часто требуют улучшения, что необходимо для повышения срока службы обрабатывающих инструментов, например оправок.

Задача изобретения

Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача разработать высокотемпературную смазку, которую можно было бы использовать при прокатке широкого спектра сталей самых разных марок и изготовлении из них проката с разной толщиной стенок и с разными коэффициентами вытяжки или удлинения и которая помимо этого обладала бы высокой температуростойкостью, обеспечивала бы получение проката стабильного качества при переходе к изготовлению проката с другой толщиной стенки и/или при смене марки стали и не приводила бы к нежелательному науглероживанию прокатываемого металла. Высокотемпературная смазка подобного типа до настоящего времени не описана в уровне техники.

Описание изобретения

Указанная задача решается с помощью высокотемпературной смазки, которая предназначена для применения при горячей обработке высококачественных и углеродистых сталей давлением и которая содержит по меньшей мере следующие компоненты, количество которых указано в мас.% в пересчете на содержание твердых веществ:

(а) графит в количестве от 40 до 90 мас.%,

(б) органический газообразователь в количестве от 2 до 50 мас.%,

(в) неорганическое разделительное средство в количестве от 5 до 50 мас.%,

при этом органический газообразователь (б) выбран из группы, включающей меламин, мелам, мелем, мелон, фосфаты и полифосфаты указанных соединений с длиной n фосфатной цепи в пределах от 1 до 1000, продукты взаимодействия и аддукты указанных выше соединений с циануровой кислотой или изоциануровой кислотой и смеси таких газообразователей между собой, а неорганическое разделительное средство (в) представляет собой слоистый силикат или смесь слоистых силикатов.

Высокотемпературная смазка предлагаемого в изобретении состава при ее применении при горячей обработке давлением, прежде всего в процессах изготовления бесшовных труб прокаткой, неожиданно проявляет превосходные смазывающие и разделительные свойства по сравнению со смазкой универсального применения, используемой при обработке сталей самых разнообразных марок. Предлагаемая в изобретении смазка проявляет стойкость при высоких температурах, обеспечивает получение проката стабильного качества при прокатке сталей самых различных марок и при изменяемой толщине стенки проката и несмотря на высокое содержание углерода, соответственно графита, не приводит к повышенному науглероживанию проката, ухудшающему его качество.

Существенное преимущество предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазки перед известными в настоящее время смазками, применяемыми при горячей обработке металлов давлением, состоит в том, что для прокатки сталей самых разнообразных марок в прокатном стане достаточно использовать смазку одного единственного состава. Тем самым при смене одной марки обрабатываемой стали на другую удается избежать длительных перерывов производственного процесса, повышенных затрат труда на замену одной смазки на другую и необходимости хранить на складе смазки разных типов. Помимо этого благодаря универсальности предлагаемой в настоящем изобретении смазки отсутствует необходимость оборудовать прокатный стан раздельными устройствами для приготовления, создания запаса и нанесения других смазок. В результате удается добиться значительной экономии затрат.

Предлагаемая в изобретении высокотемпературная смазка содержит в качестве одного из ее компонентов графит, который обладает исключительными смазывающими свойствами, в количестве от 40 до 90 мас.% в пересчете на содержание твердых веществ. При содержании графита менее 40 мас.% предлагаемая в изобретении высокотемпературная смазка обладает неудовлетворительными смазывающими свойствами, возрастают усилия, которые приходится затрачивать на привод внешних инструментов, а подвергаемый обработке давлением материал обладает слишком малым пластическим течением. При содержании же графита более 90 мас.% невозможно обеспечить создание достаточного разделительного действия между прокатываемым металлом и оправкой. Сказанное относится прежде всего к высококачественным сталям, которые проявляют склонность прилипать к обрабатывающим инструментам.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения содержание графита в высокотемпературной смазке составляет от 50 до 80 мас.% в пересчете на содержание в ней твердых веществ.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения в предлагаемой в нем высокотемпературной смазке используют кристаллический или макрокристаллический графит, предпочтительно кристаллический или макрокристаллический природный графит. Аморфный графит не пригоден для применения в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке, поскольку ее смазывающие свойства при использовании аморфного графита в ее составе становятся хуже, что непосредственно отрицательно сказывается на сроке службы обрабатывающего инструмента. Шаровидный же графит зарекомендовал себя как абсолютно не пригодный для применения в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке.

В следующем варианте осуществления изобретения чистота содержащегося в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке графита составляет более 90%, предпочтительно более 95%, в пересчете на содержание в нем углерода. Графит со степенью чистоты менее 90% не пригоден для применения в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке, поскольку присутствующие в таком графите примеси и загрязнения способствуют науглероживанию металла при одновременном ухудшении смазывающего действия смазки из-за сниженного содержания графита в ее составе. Чистота кристаллического природного графита, который согласно изобретению пригоден для применения в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке, обычно составляет около 96%.

В следующем варианте осуществления изобретения средний размер частиц (d50) содержащегося в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке графита составляет от 5 до 40 мкм, предпочтительно от 10 до 25 мкм. Графит со средним размером частиц менее 5 мкм не пригоден для применения в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке из-за отсутствия достаточной пластинчатой или чешуйчатой структуры, в связи с чем смазывающее действие смазки ухудшается. Графит же со средним размером частиц более 40 мкм не пригоден для применения в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке по той причине, что в этом случае чешуйки имеют столь большие размеры, при которых из-за их высокой склонности к седиментации возникают проблемы при пользовании смазкой.

Природный графит с указанной выше степенью чистоты помимо собственно углерода содержит также различные другие компоненты в качестве загрязнений или примесей, в частности кремний в виде его карбида (SiC) или оксида (SiO2). Поскольку карбид кремния и оксид кремния обладают высоким абразивным действием, слишком высокое содержание кремния в применяемом в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке графите будет приводить к нежелательно высокому абразивному износу обрабатывающего инструмента и/или обрабатываемого полуфабриката. Поэтому в еще одном предпочтительном варианте содержание кремния в качестве загрязнения или примеси в используемом в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке графите не должно превышать 2,0 мас.%, предпочтительно 1,5 мас.%, наиболее предпочтительно 0,2 мас.%.

Предлагаемая в изобретении высокотемпературная смазка содержит также органический газообразователь в количестве от 2 до 50 мас.%. Подобный органический газообразователь выбирают среди перечисленных выше азотсодержащих соединений. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения органический газообразователь содержит изоцианурат меламина в количестве более 70 мас.%, предпочтительно более 80 мас.%, особенно предпочтительно более 90 мас.%. В наиболее предпочтительном варианте органический газообразователь на 100 мас.% состоит из изоцианурата меламина. Используемый в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке органический газообразователь при повышенных температурах, предпочтительно при температурах свыше 350°C, выделяет газ, который в процессе обработки полуфабриката давлением при обычных при такой обработке температурах образует газовую подушку между обрабатывающим инструментом и обрабатываемым полуфабрикатом. Газообразование происходит при этом в результате разложения органического газообразователя, в результате его сублимации или в результате того и другого. При содержании органического газообразователя в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке менее 2 мас.% происходит недостаточное газообразование, соответственно газовыделение, и поэтому между обрабатывающим инструментом и обрабатываемым полуфабрикатом невозможно образование достаточной газовой подушки. Использование же органического газообразователя в количестве более 50 мас.% нецелесообразно из-за возможности неконтролируемо интенсивного газообразования и связанного с этим нарушения процесса прокатки в результате расширения газа. Для применения в качестве органического газообразователя наиболее пригоден изоцианурат меламина.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения содержание органического газообразователя в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке составляет от 3 от 10 мас.%, более предпочтительно от 4 до 6 мас.%. Наиболее же предпочтительно использовать органический газообразователь в количестве примерно 5 мас.%.

Предлагаемая в изобретении высокотемпературная смазка содержит далее слоистый силикат или смесь слоистых силикатов в качестве неорганического разделительного средства в количестве от 5 до 50 мас.%. При содержании неорганического разделительного средства в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке менее 5 мас.% не достигается достаточное разделительное действие. Использование же неорганического разделительного средства в количестве более 50 мас.% приводит к снижению смазывающего действия.

В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения содержание неорганического разделительного средства в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке составляет от 10 до 40 мас.%, более предпочтительно от 15 до 30 мас.%.

В еще одном предпочтительном варианте содержащееся в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке неорганическое разделительное средство выбрано из каолинита, антигорита, энделлита, серпентина, гриналита, пирофиллита, талька, маргарита, вермикулита, судоита и хлорита. Наиболее предпочтительно использовать каолинит и антигорит индивидуально либо в виде их смеси. В еще одном особенно предпочтительном варианте содержащееся в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке неорганическое разделительное средство выбрано из группы бесщелочных содержащих воду слоистых силикатов со слоями, образованными рядом цепочек, соединенных друг с другом и имеющих период в два тетраэдра, таких, например, как каолинит, антигорит и галлуазит. Наиболее предпочтительным среди слоистых силикатов является глинистый минерал каолинит, представляющий собой алюмогидросиликат общей формулы Al2[Si2O5(OH)4].

Каолинит либо получают путем отмучивания глинистой породы - каолина, либо синтезируют из поликремниевой кислоты и гидроксида алюминия. Поскольку каолины преимущественно состоят из минерала - каолинита (примерно на 88%), в особых вариантах осуществления настоящего изобретения вместо чистого каолинита можно также использовать каолин. Преимущество, связанное с применением каолина, представляющего собой глинистую породу, состоит в меньшей стоимости подобного сырьевого материала по сравнению с чистым или, например, полученным путем синтеза каолинитом. Поэтому согласно изобретению и предпочтительно использовать каолин. Вместе с тем для получения изделий одинакового качества с более высокой степенью воспроизводимости может также оказаться целесообразным использовать минеральный каолинит, обладающий более высокой степенью чистоты, соответственно синтетический каолинит, обладающий максимально возможной степенью чистоты.

В еще одном предпочтительном варианте средний размер частиц (d50) содержащегося в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке неорганического разделительного средства составляет от 0,5 до 15 мкм, более предпочтительно от 1 до 10 мкм, особенно предпочтительно от 1 до 7 мкм. Недостаток частиц размером менее 0,5 мкм состоит в агломерации сырья и в невозможности обеспечить их достаточно гомогенное распределение в объеме порошковой смеси. Недостаток же частиц размером более 15 мкм состоит в том, что при таких размерах частиц разделительного средства на его разделительное действие частично накладывается нежелательное абразивное действие и что помимо этого при значительных различиях в размерах частиц невозможно получение однородной смеси.

В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения предлагаемая в нем высокотемпературная смазка содержит также органический адгезив в количестве от 1 до 20 мас.%, выбранный из гомо- и сополимеров алкиленов. Подобный адгезив суспендируется в воде и образует на смазываемой поверхности (поверхности обрабатывающего инструмента и/или обрабатываемого полуфабриката) пленку, которая способствует удержанию остальных компонентов смазки на смазываемой поверхности. Использовать органический адгезив в количестве менее 1 мас.% недостаточно, поскольку в этом случае применяемая смазка образует на смазываемой поверхности слой слишком малой толщины. Недостаток же, связанный с использованием органического адгезива в количестве более 20 мас.%, состоит в пропорциональном уменьшении доли графита в смазке и, как следствие, в ухудшении ее смазывающего действия, а тем самым и в сокращении срока службы обрабатывающего инструмента.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержание органического адгезива в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке составляет от 2 до 10 мас.%, более предпочтительно от 2 до 5 мас.%.

В еще одном предпочтительном варианте включаемый в состав предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазки органический адгезив выбирают из гомо- и сополимеров арилалкенов, α,β-ненасыщенных кислот и их эфиров, β,γ-ненасыщенных кислот и их эфиров, алкенов, сложных виниловых эфиров, виниловых спиртов, ненасыщенных двухосновных кислот и их эфиров, сложных алкиловых эфиров, а также ациклических кислот и их эфиров. Наиболее же предпочтительно выбирать органический адгезив из полиэтилена, полиметилметакрилата, полистирола, полибутадиена, поливинилацетата, поливинилпропионата, сополимера метилметакрилата со стиролом, сополимера метиленметакрилата с α-метилстиролом, полидиаллилфталата, полипропилена, сополимера стирола с бутадиеном, сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом, сополимера винилацетата с этиленом и полиизобутилена.

В еще одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения предлагаемая в нем высокотемпературная смазка содержит также неорганический или органический стабилизатор в количестве от 2 до 15 мас.%, выбранный из полисахаридов, алкилцеллюлоз, гидроксицеллюлоз и глинистых минералов. На практике предлагаемую в изобретении высокотемпературную смазку часто, соответственно обычно применяют в виде суспензии или дисперсии в жидкости, преимущественно в воде. В такой суспензии или дисперсии присутствующий в ней неорганический стабилизатор повышает ее вязкость и служит тем самым загустителем, предотвращающим, соответственно уменьшающим седиментацию остальных компонентов высокотемпературной смазки, а тем самым и ее расслоение. Включать стабилизатор в состав высокотемпературной смазки в количестве менее 2 мас.% нежелательно, поскольку в этом случае вязкость высокотемпературной смазки будет повышаться до уровня, недостаточного для предотвращения седиментации ее компонентов в необходимой степени и для обеспечения однородности смазки. При содержании же стабилизатора в количестве более 15 мас.% вязкость суспензии или дисперсии будет повышаться до уровня, при котором ее нанесение на обрабатывающий инструмент распылением возможно лишь с трудом. Помимо этого слишком высокая вязкость может препятствовать образованию на смазываемой поверхности сплошной пленки смазки равномерной толщины.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения содержание стабилизатора в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке составляет от 3 до 10 мас.%, более предпочтительно от 4 до 6 мас.%. В качестве стабилизатора особенно предпочтительно использовать неорганический материал, выбираемый из глинистых минералов на силикатной основе или их смесей, предпочтительно из бентонитов и органически модифицированных бентонитов. Наиболее же предпочтительно выбирать стабилизатор среди глинистых минералов из класса смектитов, предпочтительно из группы монтморрионита. (Прим. перев. - Возможно, здесь и далее в оригинале опечатка, и имеются в виду минералы из группы монтмориллонита).

Смектиты состоят в основном из слоистых силикатов и с учетом своих структурных особенностей отличаются высокой катионообменной способностью и высокой способностью к набуханию в воде. Из класса смектитов наиболее предпочтительно использовать монтморриониты, степень набухания которых (1 г монтморрионита в дистиллированной воде) составляет от 3 до 50. Благодаря своей вышеуказанной катионообменной способности смектиты, соответственно монтморриониты, можно "модифицировать" неорганическими или органическими катионами. Глинистые минералы, которые предпочтительно использовать в предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазке, отличаются исключительными связующими свойствами, а также обладают тем преимуществом, что они в отличие от органических стабилизаторов не подвержены пиролизу. Помимо этого при создании изобретения неожиданно было установлено, что при применении указанных глинистых минералов высыхание пленки смазки на поверхности обрабатываемого полуфабриката и/или обрабатывающего инструмента происходит очень быстро в течение нескольких секунд. Предлагаемая в изобретении смазка благодаря присутствию в ее составе подобных стабилизаторов способна в течение кратчайшего времени образовывать на поверхности обрабатывающего инструмента и/или обрабатываемого полуфабриката равномерную и сухую пленку еще до соприкосновения инструмента с полуфабрикатом.

Предлагаемую в изобретении высокотемпературную смазку целесообразно выпускать и поставлять в продажу в виде порошкообразного сухого твердого вещества. В принципе, его можно и непосредственно использовать в таком виде, однако более предпочтительно использовать его на практике в виде суспензии или дисперсии в жидкости, предпочтительно в воде, с содержанием твердой фазы от 5 до 50 мас.%, предпочтительно от 15 до 40 мас.%, наиболее предпочтительно от 25 до 30 мас.%. В таком виде высокотемпературную смазку можно равномерно наносить распылением на поверхность обрабатывающего инструмента и/или обрабатываемого полуфабриката. В этом случае из-за повышенной температуры обрабатывающего инструмента и/или обрабатываемого полуфабриката жидкость достаточно быстро испаряется, после чего на поверхности обрабатывающего инструмента и/или обрабатываемого полуфабриката остается равномерное прочное покрытие из собственно смазки. Очевидно, что предлагаемую в изобретении высокотемпературную смазку можно поставлять в продажу и виде подобной суспензии или дисперсии.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения средний размер частиц твердых компонентов предлагаемой в изобретении высокотемпературной смазки составляет менее 200 мкм, предпочтительно менее 150 мкм, наиболее предпочтительно менее 100 мкм. При большей средней крупности частиц твердых компонентов высокотемпературной смазки появляется недостаток, проявляющийся в повышенной склонности к седиментации твердых компонентов смазки при ее применении в виде суспензии.

Другие преимущества, отличительные особенности и варианты осуществления настоящего изобретения рассмотрены ниже на последующих примерах.

Примеры

Пример 1.

При продольной прокатке испытывали смазки 4-разных составов. Смазки каждого состава использовали в виде 30%-ных водных суспензий. Все данные о содержании компонентов в мас.% (процентах по массе) в каждом случае относятся к содержанию твердых веществ. Путем продольной прокатки изготавливали тонкостенные трубы (с толщиной стенки 4,1 мм) при температуре оправки 80-100°C. Смазку в виде суспензии наносили с расходом около 90 г/м2. Время истечения суспензий из вискозиметрической воронки, которое определяли согласно EN-ISO 2431 (6 мм), составляло порядка 50 с. Каждая партия проката состояла из примерно 500-2000 труб. В качестве материала для изготовления труб использовали углеродистую сталь марки Р110 и легированную сталь марки Р91.

Составы полученных смешением отдельных компонентов порошкообразных сухих смазок и результаты прокатки приведены ниже в таблице. Поскольку при изготовлении тонкостенных труб из-за большего коэффициента их вытяжки или удлинения требуется лучшее смазывание, чем при изготовлении толстостенных труб, полученные данные о смазывающем действии смазок можно отнести и к изготовлению толстостенных труб.

Смазка Компоненты Состав (мас.%) Результаты прокатки1)
Углер. сталь Р110 Легир. сталь Р91
1 (по изобретению) (а) графит 66,2 +++ +++
(б) органический газообразователь 5,0
(в) неорганическое разделительное средство 21,0
(г) органический адгезив 3,0
(д) неорганический стабилизатор 4,3
(е) бактерицид 0,5
2 (сравнительная смазка) (а) графит 66,2 +++ ---
(х) органический газообразователь 5,0
(в) неорганическое разделительное средство 21,0
(г) органический адгезив 3,0
(д) неорганический стабилизатор 4,3
(е) бактерицид 0,5
3 (сравнительная смазка) (а) графит 66,2 +++ ---
(у) органический газообразователь 5,0
(в) неорганическое разделительное средство 21,0
(г) органический адгезив 3,0
(д) неорганический стабилизатор 4,3
(е) бактерицид 0,5
4 (сравнительная смазка в соответствии с ЕР 0909309) (а) графит 85,0 +++ +/-
бентонит 3,0
силикат натрия 2,5
силикофосфат 0,8
смесь фосфатов 8,7
1)Результаты прокатки:
"+++" очень хорошая прокатываемость, низкое потребление электроэнергии, точное соблюдение заданных размеров готовой трубы,
"+/-" посредственная прокатываемость, высокое потребление электроэнергии, труба частично имеет внутренние дефекты, остатки на поверхности обрабатывающего инструмента,
"---" плохая прокатываемость, смазка не удовлетворительна в применении.

Используемые в составе смазок компоненты (а)-(е), а также (х) и (у) более подробно охарактеризованы ниже.

(а) Графит: макрокристаллический природный графит, чистота 94-96%, содержание C 94-97%, средний размер частиц d50 (прибор для измерения размеров частиц фирмы Cilas): примерно 15 мкм, содержание Si примерно 0,2 мас.% SiO2, влагосодержание менее 0,2%.

(б) Органический газообразователь: изоцианурат меламина Budit 315®, фирма Chemische Fabrik Budenheim KG, Германия, содержание N 48%, содержание свободного меламина менее 0,5%, содержание свободной изоциануровой кислоты менее 0,2%.

(в) Неорганическое разделительное средство: каолин, средний размер частиц d50 (прибор для измерения размеров частиц фирмы Cilas): 2-10 мкм, содержание Si более 50 мас.% SiO2, содержание Al примерно 30 мас.% Al2O3.

(г) Органический адгезив: сополимер стирола с акрилатом в порошкообразной форме, насыпная плотность 400-600 г/л, размер частиц (ситовый анализ с просеиванием через сито с размером отверстий 315 мкм согласно DIN 66165): менее 3 мкм, температура стеклования (Тс согласно DIN 53765-А-10)15°C.

(д) Неорганический стабилизатор: органически модифицированный смектит в порошкообразной форме, вязкость (3%-ный раствор, вискозиметр Haake): 40000-50000 мПа·с, размер частиц (ситовый анализ с просеиванием через сито с размером отверстий 90 мкм): макс.25%.

(е) Бактерицид: препарат на основе изотиазолинона Acticide МВР® фирмы Thor-Chemie GmbH, Германия.

(х) Газообразователь: асфальт Zeco 11A, фирма Ziegler Chemicals & Minerals Corp, США.

(у) Газообразователь: лигнинсульфонат Borresphere NA220, фирма Borregaad Ligno-Tech, Германия.

Пример 2. Изготовление бесшовных труб из высококачественной стали.

На технологической линии по производству бесшовных труб, на которой полученные после прошивки заготовок на стане косой прокатки гильзы подвергают раскатке в непрерывно работающих прокатных клетях, каждая из которых снабжена индивидуальным приводом, на свободно подвижном инструменте (оправке), оправку при температуре около 110-130°C перед раскаткой гильз покрывали смазочной суспензией, которую приготавливали из смазки 1 указанного в примере 1 состава и которую наносили путем безвоздушного распыления с помощью соответствующей установки (сопла 4×0,7/0,9 мм, давление 40-80 бар). Материалом для изготовления труб служила ферритная сталь с 9%-ным, соответственно 13%-ным содержанием Cr, полученные из которой гильзы имели массу от 250 до 270 кг и длину от 6 до 8 м. Температура при обработке давлением составляла 1150-1200°C. Готовые трубы имели толщину стенки от 2,7 до 7,3 мм, преимущественно, однако, 4,1 мм, и наружный диаметр максимум 152 мм.

Пример 3. Изготовление бесшовных труб из углеродистой стали.

На той же технологической линии, что и в примере 2, при сохранении отрегулированных настроек технологического прокатного оборудования изготавливали бесшовные трубы из углеродистой стали. Оправки покрывали смазкой 1 указанного в примере 1 состава, которую наносили на них описанным в примере 2 способом. Материалом для изготовления труб служила сталь марки Р110, соответственно Р91, полученные из которой гильзы имели массу от 250 до 300 кг и длину от 6,5 до 8 м. Температура при обработке давлением составляла 1250-1280°C. Изготовленные таким путем бесшовные трубы имели толщину стенки от 2,7 до 4,1 мм и наружный диаметр максимум 152 мм.

1. Высокотемпературная смазка, которая предназначена для применения при горячей обработке высококачественных и углеродистых сталей давлением и которая содержит по меньшей мере следующие компоненты, количество которых указано в мас.% в пересчете на содержание твердых веществ:
(а) графит в количестве от 40 до 90 мас.%,
(б) органический газообразователь в количестве от 2 до 50 мас.%,
(в) неорганическое разделительное средство в количестве от 5 до 50 мас.%, при этом органический газообразователь (б) выбран из группы, включающей меламин, мелам, мелем, мелон, продукты взаимодействия и аддукты указанных выше соединений с циануровой кислотой или изоциануровой кислотой и смеси таких газообразователей между собой, а неорганическое разделительное средство (в) представляет собой слоистый силикат или смесь слоистых силикатов.

2. Высокотемпературная смазка по п.1, которая содержит также (г) органический адгезив в количестве от 1 до 20 мас.%, выбранный из гомо- и сополимеров алкиленов.

3. Высокотемпературная смазка по п.1 или 2, которая содержит также (д) неорганический или органический стабилизатор в количестве от 2 до 15 мас.%, выбранный из полисахаридов, алкилцеллюлоз, гидроксицеллюлоз и глинистых минералов.

4. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит графит (а) в количестве от 50 до 80 мас.%.

5. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что графит (а) представляет собой кристаллический или макрокристаллический графит, предпочтительно кристаллический или макрокристаллический природный графит.

6. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что чистота графита (а) составляет более 90%, предпочтительно более 95%, в пересчете на содержание в нем углерода.

7. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что средний размер частиц (d50) графита (а) составляет от 5 до 40 мкм, предпочтительно от 10 до 25 мкм.

8. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что графит (а) содержит кремний в качестве загрязнения или примеси в количестве не более 2,0 мас.%, предпочтительно не более 1,5 мас.%, особенно предпочтительно не более 0,2 мас.%.

9. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит органический газообразователь (б) в количестве от 3 до 10 мас.%, предпочтительно от 4 до 6 мас.%.

10. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что органический газообразователь (б) содержит изоцианурат меламина в количестве более 70 мас.%, предпочтительно более 80 мас.%, особенно предпочтительно более 90 мас.%, а наиболее предпочтительно на 100 мас.% состоит из изоцианурата меламина.

11. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит неорганическое разделительное средство (в) в количестве от 10 до 40 мас.%, предпочтительно от 15 до 30 мас.%.

12. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что неорганическое разделительное средство (в) выбрано из бесщелочных содержащих воду слоистых силикатов.

13. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что неорганическое разделительное средство (в) выбрано из каолинита, антигорита, энделлита, серпентина, гриналита, пирофиллита, талька, маргарита, вермикулита, судоита и хлорита, предпочтительно каолинита и/или антигорита.

14. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что неорганическое разделительное средство (в) выбрано из группы бесщелочных содержащих воду слоистых силикатов со слоями, образованными рядом цепочек, соединенных друг с другом и имеющих период в два тетраэдра.

15. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что средний размер частиц (d50) неорганического разделительного средства (в) составляет от 0,5 до 15 мкм, предпочтительно от 1 до 10 мкм, особенно предпочтительно от 1 до 7 мкм.

16. Высокотемпературная смазка по п.2, отличающаяся тем, что она содержит адгезив (г) в количестве от 2 до 10 мас.%, предпочтительно от 2 до 5 мас.%.

17. Высокотемпературная смазка по п.2, отличающаяся тем, что органический адгезив (г) выбран из гомо- и сополимеров арилалкенов, α,β-ненасыщенных кислот и их эфиров, β,γ-ненасыщенных кислот и их эфиров, алкенов, сложных виниловых эфиров, виниловых спиртов, ненасыщенных двухосновных кислот и их эфиров, сложных алкиловых эфиров, а также ациклических кислот и их эфиров.

18. Высокотемпературная смазка по п.2, отличающаяся тем, что органический адгезив (г) выбран из полиэтилена, полиметилметакрилата, полистирола, полибутадиена, поливинилацетата, поливинилпропионата, сополимера метилметакрилата со стиролом, сополимера метиленметакрилата с α-метилстиролом, полидиаллилфталата, полипропилена, сополимера стирола с бутадиеном, сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом, сополимера винилацетата с этиленом и полиизобутилена.

19. Высокотемпературная смазка по п.3, отличающаяся тем, что она содержит стабилизатор (д) в количестве от 3 до 10 мас.%, предпочтительно от 4 до 6 мас.%.

20. Высокотемпературная смазка по п.3, отличающаяся тем, что стабилизатор (д) выбран из глинистых минералов на силикатной основе или их смесей, предпочтительно из бентонитов и органически модифицированных бентонитов.

21. Высокотемпературная смазка по п.3, отличающаяся тем, что стабилизатор (д) выбран среди глинистых минералов из класса смектитов, предпочтительно из группы монтмориллонита.

22. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что она представлена в виде порошкообразного сухого твердого вещества.

23. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что она представлена в виде суспензии или дисперсии в жидкости, предпочтительно в воде, с содержанием твердой фазы от 5 до 50 мас.%, предпочтительно от 15 до 40 мас.%, особенно предпочтительно от 25 до 30 мас.%.

24. Высокотемпературная смазка по п.1, отличающаяся тем, что средний размер частиц ее твердых компонентов составляет менее 200 мкм, предпочтительно менее 150 мкм, особенно предпочтительно менее 100 мкм.

25. Применение высокотемпературной смазки по одному из пп.1-24 при горячей обработке высококачественных и/или углеродистых сталей давлением, предпочтительно при изготовлении бесшовных труб.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к химическим веществам, а именно к смазочно-охлаждающим технологическим средам (СОТС) для обработки цветных металлов. .
Изобретение относится к химическим веществам, а именно к смазочно-охлаждающим технологическим средам (СОТС) для обработки серебра и серебряных сплавов. .
Изобретение относится к области механической обработки металлов резанием, шлифованием и давлением конструкционных сталей, а также очистки цеховых, складских помещений и мытья рук цеховых рабочих, обслуживающего персонала.
Изобретение относится к составам СОЖ и может быть использовано в прокатном производстве на дрессировочных станах при влажной дрессировке оцинкованных стальных лент, на скоростных линиях перед пассивацией.

Изобретение относится к синтетическим смазочно-охлаждающим жидкостям для механической обработки металлов и может быть использовано на машиностроительных предприятиях различных отраслей народного хозяйства.
Изобретение относится к средствам, обеспечивающим технологические процессы обработки металлов резанием в машиностроительном производстве, в частности процессов металлообработки с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей, и может быть использовано на операциях лезвийной и абразивной обработки черных металлов.

Изобретение относится к области смазочных средств, в частности к водорастворимому смазочному средству для обработки цепных ленточных транспортеров, и может быть использовано в пищевой промышленности при розливе соков, вина, пива, воды и др.
Изобретение относится к средствам, обеспечивающим осуществление технологического процесса машиностроительного производства, в частности процессов металлообработки с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей, и может найти применение при создании смазочно-охлаждающих жидкостей.

Изобретение относится к составам смазочных композиций, используемых для тяжелонагруженных узлов трения (подшипники качения и скольжения, направляющие станков, тяговые и приводные цепи, шарнирные соединения) и может быть использовано в химической, текстильной, нефтехимической, автомобильной и станкостроительной отраслях промышленности.

Изобретение относится к смазочным материалам, используемым в узлах трения. .

Изобретение относится к смазочно-охлаждающим жидкостям (СОЖ), применяемым для механической обработки металлов резанием. .
Изобретение относится к высокотемпературным твердосмазочным составам, применяемым в узлах трения при температурах трения до 400°С на воздухе, и способам их получения.
Изобретение относится к высокотемпературным твердосмазочным составам, применяемым в узлах трения при температурах трения до 400°С на воздухе, и способам их получения.
Изобретение относится к твердым антифрикционным самосмазывающим материалам и может быть использовано в средненагруженных узлах трения скольжения различных областей техники, а также в качестве твердой смазки в тяжелонагруженных узлах трения.

Изобретение относится к технологическим смазкам и может быть использовано для пресс-форм и поршня машин литья под давлением. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при штамповке алюминиевых или титановых сплавов в условиях сверхпластичности. .
Наверх