СМАЗКА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к технологии смазок для обработки металлов давлением и может быть использовано для холодной прокатки лент из углеродистых и легированных сталей на многоклетьевых непрерывных станах.

Целью изобретения является разработка смазки, обладающей повышенными термической и антиокислительной стабильностью и антиокислительной стабильностью и смазочными свойствами, особенно при прокатке лент из высокоуглеродистых, малоуглеродистых и низколегированных сталей при скорости прокатки не мене 26 м/с.

При приготовлении смазки в качестве полиоксиэтиленгликолевого эфира первичных жирных спиртов фракции С₁₀-C₂₀ с 8-12 моль окиси этилена может быть использован Синтанол ДС-10 ТУ 6-14-577-57. Синтанол АЦСЭ-12 ТУ 6-10-19-473-83, используют также триэтаноламин ТУ 6-02-916-79.

В качестве базового минерального масла смазки может быть использовано очищенное дистиллятное нефтяное масло нафтенового основания, имеющее вязкость при 50^oC от 16 до 25 мм²/с (сСт), содержащее ароматические углеводороды в количестве не более 45 мас. и серу в количестве не более 1,0 мас. которое обеспечивает необходимую растворимость компонентов смазки, стабильность концентрата смазки при хранении и жидкотекучее состояние ее при положительных температурах, удовлетворительные санитарно-гигиенические свойства. Указанным требованиям соответствуют, например, индустриальное масло марки И-20А по ГОСТ 20799-75, масло-мягчитель по ТУ 38.101936-83.

Продукт конденсации при температуре 170-180^oС триэтиленгликоля с синтетическими жирными кислотами фракции С₁₀-С₂₀, олеиновой и адипиновой кислотами (1: 0,9-1: 0,9-1: 0,36-0,4) получают при перемешивании при указанной температуре и удалении паров образующейся реакционной воды до достижения кислотного числа продукта конденсации 15-30 мг КОН/г (степень этерификации 88-95%). В дальнейшем этот продукт обозначен как присадка Синкат.

В качестве исходных сырьевых компонентов для получения присадки Синкат используют триэтиленгликоль по ТУ 38.102111-76 или триэтиленгликоль технический по ТУ 6-01-864-78, синтетические жирные кислоты (СЖК) фракций С₁₀-C₁₆, С₁₂-C₁₆ или С₁₇-C₂₀ по ГОСТ 23239-78, олеиновую кислоту марки Б по ГОСТ 7580-75 или марки 0 по ТУ 18 РСФСР 725-80, адипиновую кислоту по ГОСТ 10558-80.

Физико-химическая характеристика присадки Синкат, полученной по приведенной технологии из указанного сырья:
Температура застывания,^oС 5-10
Температура вспышки,^oС 216-230
Вязкость кинематическая при температуре 50^oС, мм²/c (сСт) 30,8-35,1
Индекс вязкости (по Дину и Девису) 174-179
Растворимость при комнатной температуре
В воде Нерастворима
В минеральных маслах Растворима
Число омыления, мг КОН/г 233-245
Кислотное число, мг КОН/г 15,5-29,4
Гидроксильное число, мг КОН/г 15,9-30,3
Стабильность против окисления:
Изменение кислотного числа, 1,5-2,0
Осадок, 0,35-0,45
Коррозия медной пластинки, балл 1а
Присадка Синкат способствует образованию стойкой смазочной пленки, сохраняющейся в условиях прокатки при больших скоростях, высоких степенях деформации прокатываемых стальных лент и повышенных температурах в зоне контакта металлов и, следовательно, обеспечивает оптимальные условия трения между прокатываемой лентой и рабочими валками, между рабочими и опорными валками. Снижение трения при прокатке позволяет увеличить срок службы валков стана, улучшить качество поверхности лент, снизить энергозатраты при прокатке.

В табл.1 представлены составы образцов заявляемой смазки.

Для сравнения была приготовлена известная смазка-прототип (состав 6) мас.

Этиленгликолевые диэфиры кислот таллового масла 1,95
Этиленгликолевые диэфиры синтетических жирных кислот фракции С₁₀ -C₂₀ 1,95
Триэтаноламиновые мыла синтетических жирных кислот фракции С₁₀-C₂₀ 2,44
Триэтаноламиновые мыла кислот таллового масла 9,27
Полиоксиэтилированная стеариновая кислота с 6 моль окиси этилена 1,95
n-Хлор-м-крезол 2,44
Минеральное масло до 100
Для приготовления образцов заявляемой смазки использовали образцы присадки Синкат, полученные при соотношении реагентов, приведенном в табл.2.

При меньшем содержании кислот в реакционной смеси при получении присадки Синкат часть триэтиленгликоля не может быть превращена в эфир, в результате чего растворимость получаемого продукта конденсации в композиции смазки ухудшается, что, в свою очередь, приводит к расслоению смазки при хранении и снижению ее смазочной эффективности, термической и антиокислительной стабильности в условиях применения.

Избыток кислот в исходной реакционной смеси приводит к тому, что часть их остается в конечном продукте реакции непревращенной, вследствие чего он непригоден для использования в качестве компонента заявляемой смазки из-за коррозионной агрессивности по отношению к металлам и т.д.

При снижении содержания адипиновой кислоты наблюдается тенденция к ухудшению смазочных свойств и устойчивости к старению получаемого продукта конденсации, так как образуются в значительных количествах побочные продукты - низкомолекулярные эфиры триэтиленгликоля и монокарбоновых кислот. При увеличении же содержания адипиновой кислоты ухудшения смазочных свойств и устойчивости к старению продукта конденсации не наблюдается, однако слишком высокой становится вязкость его, что вызывает трудности при его изготовлении, получении и использовании смазки.

Готовят смазку в следующем порядке. К присадке Синкат при температуре 40-50^oC добавляют расчетные количества триэтаноламина и полиосиэтиленгликолевый эфир первичных жирных спиртов фракции С₁₀-С₂₀, содержащий 8-12 оксиэтильных групп, смесь перемешивают до полной гомогенизации (1-2 ч). Затем полученную однородную жидкость растворяют при температуре 40-50^oС и перемешивают (1-2 ч) в базовом минеральном масле.

В табл.3 представлены данные по физико-химическим свойствам смазок 1-5 и известной смазки 6, а в табл.4 результаты испытаний смазочных свойств образцов. Эмульсии требуемой концентрации для исследований приготавливали из концентратов путем смешения их с дистиллированной водой при температуре 20-30^oС в течение 5-10 мин.

При оценке стабильности против окисления испытуемые смазки окисляли при температуре 120^oС, продолжительность опыта 45 ч, продувка смазки воздухом со скоростью 2 л/ч. В качестве катализатора окисления использовали пластинки из меди марки МО. Оценивали степень окисления смазки по проценту изменения кислотного числа, рассчитанному по формуле

где К_o значение кислотного числа смазки после окисления;
Ku значение кислотного числа смазки до окисления.

Для получения дополнительной информации по качеству смазок определяли также содержание осадка после окисления образцов смазок. Коррозионное воздействие смазок на медь оценивали сравнением внешнего вида окисленных пластинок с эталонами коррозии.

Противозадирные свойства смазок определяли на четырехшариковой машине трения (ЧШМ) по ГОСТ 9490-75, противоизносные свойства определяли на машине для оценки антифрикционных свойств материалов (МАСТ-1). Парой трения в обоих случаях служила четырехшариковая пирамида (сталь ШХ-15, диаметр шаров 12,7 мм). Испытаниями на ЧШМ определяли критическую нагрузку (Р_к) и нагрузку сваривания(Р_c. На машине МАСТ-1 регистрировали зависимость коэффициента трения от температуры при следующих параметрах трения: осевая нагрузка 110 Н; частота вращения 1 об/мин; длительность трения 1,5 ч (плавное изменение температуры от 20 до 400^oС).

Оценку смазочной способности смазок в лабораторных условиях проводили также на прокатном стане дуо фирмы "Фрелинг". В опытах использовали валки диаметром 200 мм с шероховатостью поверхности (▽) 0,63 мкл. Прокатывали образцы из стали 08ю (ГОСТ 9045-80) размерами 20• 30• 0,91 мм, скорость прокатки 20 м/с. Смазку наносили на валки и испытуемые стальные полосы слоем произвольной толщиной за 5-10 мин до прокатки. Для получения объективной информации на каждой смазке прокатывали по 7 образцов из стали 08ю. Смазочную способность смазок оценивали по усилию прокатки (Р) при различных обжатиях (ε).

Как следует из табл.3 и 4, заявляемая смазка превосходит известную по термической стабильности (коксуемости), стабильности против окисления и смазочным свойствам. Наличие в предлагаемой смазке присадки Синкат обеспечивает высокую адгезию новой смазки к металлу и, вследствие этого, лучшее экранирование поверхностей прокатываемой ленты и прокатных валков при их взаимном перемещении в условиях больших давлений и повышенных температур.

Состав 3 испытывали при бесконечной и порулонной холодной прокатке лент из углеродистых и легированных сталей на непрерывном пятиклетьевом стане 2030. Диаметр рабочих валков стана около 600 мм, профиль +0,15-0,25, шероховатость поверхности 0,30-0,50 мкм.

В табл.5 приведены параметры прокатки лент из углеродистой стали 08пс с применением новой смазки и ранее использовавшейся для эксплуатации стана 2030 импортной смазки Квакерол 41 СВ. Заявляемая смазка испытана в виде 2,3% -ной эмульсии. Для обеспечения требуемых режимов прокатки смазка Квакерол 41 СВ использована в виде 5,3% -ной эмульсии, причем в процессе прокатки на 2,3,4 и 5 клети стана дополнительно подавали технологическую смазку Квакерол 47М (в виде 30%-ной эмульсии, расход концентрата Квакерол 47М составляет 1 кг в расчете на каждые 0,8 г Квакерол 41 СВ).

Из приведенных в табл. 5 результатов испытаний видно, что применение заявляемой смазки обеспечивает снижение усилия прокатки. При этом суммарное обжатие, полученное на пяти клетях, при прокатке с 5,3%-ной эмульсией смазки Квакерол 41 СВ, при прокатке с 2, 3%-ной эмульсией заявляемой смазки достигается на 4 клетях.

Эксплуатационные испытания показали также, что путем применения 4%-ной эмульсии заявляемой смазки можно обеспечить также стабильный процесс прокатки на стане 2030 лент до конечной толщины 0,35 мм из углеродистых и низколегированных сталей в бесконечном режиме на проектных скоростях при оптимальных энергосиловых параметрах прокатки. Однако в этом случае требуется дополнительная подача заявляемой смазки в виде 30%-ной эмульсии на отдельные клети стана.

Таким образом, применение заявляемой смазки позволяет вести на одном стане с помощью одной смазки холодную прокатку как относительно толстых (0,7 мм и выше), так и тонких (0,35-0,65 мм) лент из углеродистых и легированных сталей, получать прокатанные ленты с чистой поверхностью без промежуточной промывки перед отжигом. Удельный расход предлагаемой смазки при прокатке лент толщиной 0,35-2,5 мм на стане 2030 не превышает 1,1 кг на 1 т металла.

Опыт применения показал, что эмульсия смазки может эксплуатироваться непрерывно без замены в течение более 6 месяцев. При этом нарушений стабильности процесса прокатки и фильтрации рабочей эмульсии, ее поражения микроорганизмами не наблюдалось, 1,0-4,0%-ные эмульсии смазки, приготовленные на водопроводной воде, стабильны и не расслаиваются в течение 3 ч.

Смазка может применяться и для других процессов холодной обработки металлов давлением как в виде водных эмульсий, так и в чистом виде или в смеси с различными маслами (минеральными, натуральными, синтетическими и др.).