专利名称：热轧工具用润滑剂和热无缝管制造用芯棒的表面处理方法
技术领域：
本发明涉及热轧工具用润滑剂以及在芯棒表面涂布该润滑剂从而使芯棒表面生成润滑性优异的皮膜的热无缝管制造用芯棒的表面处理方法。另外，除非另有规定，本说明书中的词语用作如下意思。“硼酸-云母系润滑剂”是指配合有具有层状结构的天然或人工云母的氧化物系层状化合物、以及硼酸或/和硼酸化合物的润滑剂。“石墨系润滑剂”是指以石墨为基材的润滑剂。
背景技术：
在通过曼内斯曼穿孔机-芯棒式无缝管轧机的制管机制造无缝管时，在芯棒式无缝管轧机轧制的拉伸轧制中，通过一边限制原管外面一边向轴方向实施输送的多轧机的孔型辊和限制原管内表面的芯棒来进行轧制。在该拉伸轧制时，通常在芯棒表面预先形成以石墨等固体润滑剂为主要成分的润滑皮膜，但是由于芯棒和原管内表面为严格的滑动摩擦状态，所以实现完全的润滑状态并不容易，会产生反复磨耗、磨损、表面粗糙、裂纹等表面损伤。循环反复使用的芯棒的表面状态随着使用次数的增加而劣化时，就要暂时将该芯棒从循环线上拆下并进行表面维护，特别是在以高合金钢、不锈钢为原材料的无缝钢管轧制中，芯棒的表面维护的频率高，从而成为使生产率下降的一个原因。因此，一直以来，为了实现芯棒的耐用寿命的延长，进行了使芯棒表面维护的频率减少的对策。例如，专利文献I中提出了一种热无缝管轧制用芯棒，其中，在轮廓算术平均偏差粗糙度Ra为20 y m以下的芯棒表面形成厚度6 20 u m的氧化皮层。氧化皮层的形成是在氧化气氛下在60(T650°C保持特定时间而进行的。
另外，专利文献2中提出了一种热无缝管制造用芯棒，其母材表面具有轴方向的轮廓算术平均偏差粗糙度为0. 5^5. 0 u m的氮化处理层。通过在表面形成氮化处理层来提高表面强度，并且通过对氮化处理后的芯棒的最适表面粗糙度进行控制，即使对以高合金钢为原材料的无缝钢管进行芯棒式无缝管轧机轧制时，也可具有优异的寿命且使制品的内表面品质大幅度提闻。但是，为了将专利文献I或专利文献2所记载的氧化皮层、氮化处理层的形成处理适用于包含热无缝管制造用芯棒之类的较长的重物的热轧用工具，需要用于该目的的设备，这并不是容易的。在专利文献3中提出了一种在母材表面形成厚度6(T200 i! m的Cr镀覆膜的热无缝管制造用芯棒。通过使镀覆膜比以往更厚，即使将其提供到含有2重量％以上的Cr的高合金钢的轧制中，芯棒的寿命也飞跃性地提升，但是需要形成Cr镀覆膜，无法避免成本的上升。另外，专利文献4中公开了一种提升芯棒寿命的方法在对芯棒表面发生磨耗、表面粗糙而无法使用的芯棒进行再生时，将使用后的芯棒在新制作时的初始回火温度以下实施热处理，使其表面硬度均匀化，进行0. 06mm以上磨削或切削，接着进行研磨，然后使芯棒表面形成耐磨损用的氧化皮膜。根据专利文献4的方法，与以往剥离润滑剂后外切削直径5 20_左右的芯棒再生方式相比，虽然可使外径切削量大幅减少，使芯棒的寿命、单位消耗量大幅提高，但是需要预先对芯棒实施热处理等工序。进而，专利文 献5中提出了一种高温加热用润滑剂组合物，其是将选自四硅钾云母、四硅钠云母等中的一种或两种以上的颗粒状氧化物系层状物质和选自氧化硼、碱金属硼酸盐等中的一种或两种以上的粘合剂以特定重量比配合而成的。该润滑剂组合物显示良好的润滑性，而且不含石墨、磷酸，因而不会导致被加工材料形成浸碳层、浸磷层等不良情况。然而，以往，在通过芯棒式无缝管轧机制造高合金钢、不锈钢制的无缝钢管时，通常的方法是在芯棒的表面涂布石墨来作为润滑剂，以碳钢作为原材料实施所谓的初期轧制(卸^圧延)。即，其为如下的方法由于使用新制作的芯棒轧制高合金钢等时会发生磨损，所以在芯棒使用的初始阶段，以碳钢作为原材料实施规定根数的初期轧制，在表面形成由附着力高的石墨和氧化皮形成的皮膜，实现组织的致密化，从而使芯棒表面的摩擦系数降低，然后，使用该芯棒进行高合金钢的钢管、不锈钢钢管等的轧制。由此，使用常规的石墨作为润滑剂，不需要多余的工序、工时数，就能够制造高合金钢、不锈钢制的热无缝钢管。但是，近年来，13Cr钢等高合金钢管、不锈钢钢管的需求增长，确保所谓初期轧制用的原材料(碳钢)变得困难，对于新制作的芯棒来说，从其初始阶段开始降低摩擦系数、提高耐磨损性也变得必要。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2004-344923号公报专利文献2 日本特开平6-262220号公报专利文献3 :日本特开2001-1016号公报专利文献4 :日本特开平11-226614号公报专利文献5 日本特开平9-78080号公报
发明内容
发明要解决的问题本发明的目的在于提供耐磨损性优异的热轧工具用润滑剂和热无缝管制造用芯棒的表面处理方法，所述热无缝管制造用芯棒的表面处理方法在通过芯棒式无缝管轧机制造无缝管时在芯棒的表面涂布该润滑剂从而使该表面形成润滑性优异的皮膜。用于解决问题的方案为了解决上述问题，本发明人研究了 使用和石墨同样具有层状结构的四硅钠云母等氧化物系层状化合物作为润滑剂的基材，为了使其与芯棒等工具表面牢固地附着而配合硼酸钾等(硼酸化合物)而成的润滑剂的适用。具体而言，在基于使用芯棒的曼内斯曼穿孔机-芯棒式无缝管轧机方式的无缝管的制造中，以SUS304不锈钢为对象，使用具有四硅钠云母15. 0%、硼酸钾8. 0%、硼酸胺
8.0%、分散剂2. 5%和水66. 5%(此处，“％”均表示“质量％”)的组成的润滑剂(向芯棒表面人工涂布)，调查制造外径54. Omm、壁厚6. 55mm的无缝管时的芯棒表面有无皮膜生成,进而评价了摩擦系数。其结果是，使用上述组成的润滑剂(以下将配合有四硅钠云母等氧化物系层状化合物和硼酸钾等硼酸化合物的润滑剂记为“硼酸-云母系润滑剂”)时，在芯棒表面生成了由硅酸和氧化皮形成的皮膜以及由硼酸和氧化皮形成的皮膜，通过X射线分析可以确认“硅酸+氧化皮”皮膜中(Mg，Fe)2Si04的存在以及“硼酸+氧化皮”皮膜中Fe3BO5的存在。图I是表示在SUS304不锈钢的芯棒式无缝管轧机轧制中将使用上述组成的硼酸-云母类润滑剂时的摩擦系数和轧制道次数的关系与使用石墨系润滑剂时进行对比的图。另外，在芯棒式无缝管轧机轧制中，测定在轧机整体施加荷重的正常状态时的合计荷重2P和作用于芯棒的推力F，由下述(i)式求出摩擦系数。 摩擦系数=F/2 P… ⑴如图I所示，判明了 与使用石墨系润滑剂的情况(在该图中以A符号表示)相t匕，在使用硼酸-云母系润滑剂的情况下(以〇符号表示)，轧制时的摩擦系数显著降低。在使用硼酸-云母系润滑剂时，摩擦系数在第2道次及以后进一步降低。推测其原因是通过轧制道次而在芯棒的表面生成了富有润滑性的皮膜，所述皮膜是基于四硅钠云母的“硅酸+氧化皮”形成的、或者基于硼酸钾、硼酸胺的“硼酸+氧化皮”形成的，并且通过反复多道次使这些皮膜更进一步的致密化。进而，在新制作的芯棒上涂布上述硼酸-云母系润滑剂，进行2道次初期轧制后，继续轧制上述SUS304不锈钢5道次，未确认到芯棒表面的磨损。如图I所示，由于摩擦系数从芯棒使用开始就小，因而认为可省去初期轧制工序。然而，在其后的调查中判明了润滑剂在管内表面呈泡状残留，在检查时可能会错误辨认为斑痕缺陷。关于该润滑剂的残留，由于在不锈钢钢管的情况下会进行酸洗，因而此时残留的润滑剂会被去除而不会成为问题，但是在9Cr钢管、13Cr钢管的情况下，则需要追加去除残留的润滑剂的工序。这种问题在使用石墨作为润滑剂时不会发生。因此，本发明人在向硼酸-云母系润滑剂中以各种比例添加石墨、并针对管内表面的润滑剂残留以及芯棒表面的皮膜的生成进行调查时，发现添加石墨时，即使添加量少也不会残留润滑剂，可获得良好的结果。另外，发现石墨的含量为特定比例以下时，也会良好地生成上述的芯棒表面的皮膜，即，良好地生成在使用了硼酸-云母系润滑剂时生成的皮膜(硅酸+氧化皮皮膜/硼酸+氧化皮皮膜)。本发明是基于这样的见解而进行的，主旨是下述(I)的热轧工具用润滑剂以及下述(2)的热无缝管制造用芯棒的表面处理方法。予以说明，以下，表示构成润滑剂的各成分(配合物质)的含量的“％”是指“质量％”的意思。(I) 一种热轧工具用润滑剂，其特征在于，其是使氧化物系层状化合物、硼酸化合物和石墨分散溶解于水中而成的热轧工具用润滑剂，其中，氧化物系层状化合物和硼酸化合物的配合比例以质量比计为10:90 70:30，前述石墨的含量为1.0 4. 5%。此处，作为“氧化物系层状化合物”，例如可列举出天然或人工的云母。作为云母，可例示出四娃钾云母IKMg2.5(Si4Oltl)F2I、四娃钠云母{NaMg2.5(Si4Oltl)Fj、天然金云母IKMg3(AlSi3O10) (OH)J 等。另外，也可使用蛭石{(Mg，Fe)3(Si，Al，Fe)401Q(0H)2.4H20}、膨润土 {Si2 (Al134Mga44)4O2tl(OH)4Naa44)等作为“氧化物系层状化合物”。上述“硼酸化合物”是指硼酸或/和硼酸化合物。作为硼酸化合物，除硼酸以外，例如可列举出硼酸钾、硼酸钠等碱金属硼酸盐，氧化硼，还有硼酸胺类等含硼的有机系化合物。在本发明的热轧工具用润滑剂中，石墨的含量为I. 0%以上时，可有效地抑制呈泡状的润滑剂的残留。另一方面，将石墨的含量设为4. 5%以下是为了良好地生成芯棒表面的皮膜。本发明的热轧工具用润滑剂(包括如上述限定石墨的含量的润滑剂在内)的组成为作为氧化物系层状化合物的云母10 30%、作为硼酸化合物的硼酸10 30%、石墨I. (T4. 5%、剩余部分为水时，润滑性皮膜会均匀地生成，而管内表面不会残留润滑剂，是优选的。
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(2) 一种热无缝管制造用芯棒的表面处理方法，其特征在于，在芯棒式无缝管轧机轧制时，在芯棒的表面涂布上述(I)所述的热轧工具用润滑剂。发明的效果本发明的热轧工具用润滑剂和热无缝管制造用芯棒的表面处理方法发挥如下显著的效果。(I)作为热轧用润滑剂，耐磨损性优异、作业性也良好。(2)在通过芯棒式无缝管轧机制造无缝管时，使芯棒表面生成润滑性优异的皮膜，发挥优异的耐磨损性。(3)在通过芯棒式无缝管轧机制造无缝管时，在管内表面也不会残留润滑剂。(4)特别是在使用新制作的芯棒制造高合金钢、不锈钢制的热无缝钢管时，可以省去使用以往的石墨系润滑剂时所需的以碳钢作为原材料的初期轧制工序，可使作业效率显
著提高。
图I是表示在SUS304不锈钢的芯棒式无缝管轧机轧制中将使用硼酸-云母系润滑剂时的摩擦系数和轧制道次数的关系与使用石墨系润滑剂时进行对比的图。图2是表示通过曼内斯曼穿孔机-芯棒式无缝管轧机方式制造的无缝管的管内表面的润滑剂的残留和芯棒表面的皮膜的生成、以及硼酸-云母系润滑剂中的石墨对摩擦系数的影响的图。
具体实施例方式本发明的热轧工具用润滑剂，如上所述，其特征在于，其是使氧化物系层状化合物、硼酸化合物和石墨分散溶解于水中而成的热轧工具用润滑剂，其中，氧化物系层状化合物和硼酸化合物的配合比例以质量比计为10:90 70:30，前述石墨的含量为I. (T4. 5%。在本发明的润滑剂中，以特定比例配合氧化物系层状化合物和硼酸化合物是为了在热轧时、特别是在芯棒式无缝管轧机轧制时，使润滑剂牢固地附着于被润滑面，从而减小管原材料和芯棒的摩擦系数，使润滑性提高。氧化物系层状化合物起到防止管原材料和芯棒的磨损的作用，另一方面，硼酸化合物使氧化物系层状化合物均匀地分散于工具和被加工材料的摩擦面并使其牢固地附着，其自身也作为润滑皮膜起作用。本发明的润滑剂中配合的氧化物系层状化合物的代表性物质为四硅钾云母、四硅钠云母、天然金云母等云母。可以使用这些云母中的一种以上。另外，还可以使用蛭石、膨润土等代替云母或与云母一起使用。其中，最优选的是四硅钠云母。作为硼酸化合物，通常可使用硼酸、硼酸钾、硼酸钠等中的一种以上。氧化物系层状化合物和硼酸化合物的配合比例以质量比计为10:9(T70:30，即，相对于I份氧化物系层状化合物，将硼酸化合物设为9、. 43份的范围内是因为氧化物系层 状化合物和硼酸化合物的配合比例超过该范围时，润滑性下降，例如在芯棒式无缝管轧机轧制时容易发生内表面瑕疵。在混合使用四硅钾云母、四硅钠云母、天然金云母、蛭石、膨润土等中的一种以上作为氧化物系层状化合物的情况下，此外，在混合使用硼酸、硼酸钾、硼酸钠、氧化硼、还有硼酸胺类等中的一种以上作为硼酸化合物的情况下，所使用的氧化物系层状化合物的合计量和硼酸化合物的合计量之比(质量比)只要落入上述的10:9(T70:30的范围内即可。在本发明的润滑剂中，除了氧化物系层状化合物和硼酸化合物以外，还含有石墨是为了抑制在热轧时、例如在芯棒式无缝管轧机轧制时润滑剂残留在管内表面。润滑剂残留在管内的机理尚未明确，据推测是，在芯棒式无缝管轧机轧制实施过程中 轧制结束后在再加热炉中加热过程中，四硅钠云母等氧化物系层状化合物、硼酸钾等硼酸化合物与氧化皮一起熔融而呈泡状残留。作为石墨，除人造石墨以外，可以使用呈鳞片状、块状或土壤形状的天然石墨。在本发明的润滑剂中，在硼酸-云母系润滑剂中添加少量的石墨是重要的技术方案，石墨的含量设为l.(T4.5%。即，石墨的含量设为1.0%以上时，可抑制泡状润滑剂的残留，另一方面，含有超过4. 5%时，硼酸-云母系润滑剂的特性降低，在芯棒表面的皮膜生成状态变差。本发明的热轧工具用润滑剂为使上述的氧化物系层状化合物、硼酸化合物和石墨分散溶解于水中而成的润滑剂。对使氧化物系层状化合物、硼酸化合物和石墨分散溶解的水的量没有特别规定。只要在能够进行涂布到润滑剂的工具、被加工材料表面的作业的范围内，根据所使用的氧化物系层状化合物、硼酸化合物的种类、配合比例等适当确定即可。本发明的润滑剂的优选组成是作为氧化物系层状化合物的云母1(T30%、作为硼酸化合物的硼酸1(T30%、石墨1. (T4. 5%、剩余部分为水。作为云母，有四硅钾云母、四硅钠云母、天然金云母等，但是如上所述，最优选为四硅钠云母。此外，剩余部分的水也可以包含分散剂。只要是这种组成的润滑剂，如后述的实施例也可明确，润滑性皮膜均匀地生成，所制造的无缝管的内表面不会残留润滑剂，润滑性良好，因而看不到管内表面发生瑕疵。本发明的润滑剂为具有上述技术方案的润滑剂，根据需要，还可以添加用于提升将四硅钠云母、硼酸钾、硼酸胺等分散混合于水时的均匀分散性的分散剂。在使用本发明的润滑剂时，根据润滑剂的状态(氧化物系层状化合物和硼酸化合物的种类、水分量等)，通过刷涂、喷涂、其它适宜的方法将其涂布于芯棒等热轧工具的表面即可。本发明的热无缝管制造用芯棒的表面处理方法的特征在于，在芯棒式无缝管轧机轧制时，在芯棒表面涂布上述本发明的润滑剂。具体而言，在进行芯棒式无缝管轧机轧制时，通过喷涂、其它方法在芯棒的表面涂布上述本发明的润滑剂，然后使其自然干燥硬化即可。通过适用该表面处理方法，在芯棒的表面形成由“硅酸+氧化皮”、“硼酸+氧化皮”形成的富有润滑性的皮膜。其结果是，由于能够从芯棒使用的初始阶段开始降低摩擦系数且提高耐磨损性，因此特别是在制造高合金钢、不锈钢制的热无缝钢管时，对新制作的芯棒来说不需要实施以往进行的以碳钢为原材料的初期轧制，能够显著提高作业效率。使用实施了本发明的表面处理方法的芯棒时，如后述的实施例所示，在轧制结束 后在管内表面不会残留润滑剂。另外，由于石墨的配合比例较少，因此也不用担心浸碳。此夕卜，本发明的表面处理方法还能够适用于芯棒以外的热轧工具，可以使被处理面形成富有润滑性的皮膜。实施例为了确认本发明的润滑剂(即在硼酸-云母系润滑剂中添加有石墨的润滑剂)的优异润滑性能以及抑制管内表面的润滑剂残留的效果，以表I所示的不含石墨的硼酸-云母系润滑剂A为基础，制备改变石墨含量后的硼酸-云母系润滑剂BY。硼酸-云母系润滑剂B :石墨含量I. 0%硼酸-云母系润滑剂C :石墨含量2. 5%硼酸-云母系润滑剂D :石墨含量4. 5%硼酸-云母系润滑剂E :石墨含量7. 5%硼酸-云母系润滑剂F :石墨含量10. 0%硼酸-云母系润滑剂G :石墨含量20. 0%使用所制备的硼酸-云母系润滑剂，进行室内试验(实验室试验)和实际机器试验，调查管内表面的润滑剂的残留状态、工具表面的皮膜生成状态。予以说明，润滑剂的残留状态和皮膜生成状态是通过目测且根据需要通过X射线分析进行调查和评价的。[表 I]
权利要求
1.一种热轧工具用润滑剂，其特征在于，其是使氧化物系层状化合物、硼酸化合物和石墨分散溶解于水中而成的热轧工具用润滑剂，其中，氧化物系层状化合物和硼酸化合物的配合比例以质量比计为10:90 70:30，所述石墨的含量为I. (T4. 5%。
2.根据权利要求I所述的热轧工具用润滑剂，其特征在于，所述润滑剂的组成以质量％计为作为氧化物系层状化合物的云母10 30%、作为硼酸化合物的硼酸10 30%、石墨I.0 4. 5%以及剩余部分为水。
3.一种热无缝管制造用芯棒的表面处理方法，其特征在于，在芯棒式无缝管轧机轧制时，在芯棒的表面涂布权利要求I或2中任一项所述的热轧工具用润滑剂。
全文摘要
本发明是一种热轧工具用润滑剂，其是使四硅钾云母、四硅钠云母、蛭石、膨润土等氧化物系层状化合物；硼酸、硼酸钾、硼酸钠等硼酸化合物和石墨分散溶解于水中而成的热轧工具用润滑剂，其中，上述氧化物系层状化合物和硼酸化合物的配合比例以质量比计为10:90~70:30，上述石墨的含量为1.0~4.5%。将该润滑剂在芯棒式无缝管轧机轧制时涂布到芯棒表面，就可使棒表面生成润滑性皮膜，发挥优异的耐磨损性，在管内表面也不残留润滑剂。
文档编号C10M125/26GK102753666SQ20118000961
公开日2012年10月24日 申请日期2011年2月14日 优先权日2010年2月15日
发明者斋藤建一 申请人:住友金属工业株式会社