JPH083111B2

JPH083111B2 - ステンレス鋼熱間加工用潤滑剤

Info

Publication number: JPH083111B2
Application number: JP31096492A
Authority: JP
Inventors: 裕一肥後; 研一篠田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH06136380A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス鋼を熱間加
工する際、加工ロールに対するステンレス鋼の焼付きを
防止し、良好な表面性状をもつ製品を得るのに適した潤
滑剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼製品は、綺麗な表面肌が要
求されるため、製造工程において表面傷の発生を極力防
止する必要がある。ステンレス鋼製品の表面傷は、製鋼
工程，熱間圧延工程，冷間圧延工程等における種々の要
因によって発生する。なかでも、熱間圧延工程において
ステンレス鋼板が圧延ロールに焼き付き、表面傷を発生
させることが多い。表面傷が発生したステンレス鋼板
は、たとえ表面傷が軽度のものであっても、鏡面仕上げ
される用途には不適合なものとなる。また、傷の程度が
著しいものにあっては、スクラップとして製鋼段階に返
送され、鋼板としての歩留りが低下する。表面傷のある
ステンレス鋼板を良好な表面状態が要求される製品とし
て出荷する場合、バフ研磨等の研磨工程で表面傷を除去
することが必要になる。しかし、圧延工程での表面傷発
生を抑制することができれば、研磨工程を軽減或いは省
略することができ、生産性が向上する。

【０００３】熱間圧延時の焼き付きに起因する表面傷の
発生を防止するため、圧延条件の調整によるロール負荷
の軽減，圧延ロールの材質向上，潤滑剤の改良等に関し
従来から種々の検討が行われている。たとえば、既存の
動物性油脂類，植物性油脂類，鉱物系潤滑油等をベース
とした種々の潤滑剤が研究・開発されている。しかし、
現在のところ、十分な焼付き防止効果を得るまでに至っ
ていない。

【０００４】本発明者等は、粉末状の酸化鉄及びグラフ
ァイトを粘性水溶液中に分散させた混合液を熱間圧延用
潤滑剤として使用するとき、圧延ロールに対するステン
レス鋼板の焼き付きが効果的に防止されることを見い出
し、特開昭６４−８３３０９号公報及び特開平１−１６
７３９６号公報で紹介した。この潤滑剤は、従来の熱間
圧延用潤滑剤に比較して焼付き防止効果が格段に優れて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前掲の潤滑剤
を使用しても、場合によっては表面傷が発生することが
ある。特に、熱間圧延工程におけるパススケジュールの
変更，圧延温度の変動等があると、焼付きの発生を抑制
する潤滑剤の作用を超えてロールに対する負荷が増大す
ることがある。その結果、表面傷を完全に防止すること
ができなくなる。ところで、ステンレス鋼製品が使用さ
れる環境は年々苛酷になってきており、要求される耐用
年数も長期化している。これらの要求に対応するため、
Ｃｒ，Ａｌ等の合金元素を多量に含むステンレス鋼が使
用され始めている。このような耐酸化性の高い成分・組
成をもつステンレス鋼板を熱間圧延するとき、圧延中に
鋼板表面に生成する酸化スケールの量は、従来のステン
レス鋼に比較して少なくなっている。そのため、圧延ロ
ールとの間でメタル−メタルタッチが生じ、ロールへの
焼付きが生じ易い状況になる。

【０００６】本発明者等が先に提案した潤滑剤は、この
ようなステンレス鋼板の熱間圧延に使用されるとき、焼
付き発生の程度を減少させることには有効であるが、焼
付きを完全に防止することができない。その結果、ステ
ンレス鋼板は、熱間圧延のサイクルによっては、表面傷
が発生した熱延コイルになることもある。また、表面傷
の発生は熱間圧延に限ったものではなく、たとえば高温
状態でステンレス鋼材を所定形状に押し出す熱間押出し
等の他の熱間加工法においても同様に表面傷が発生す
る。

【０００７】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、水酸化鉄の吸熱作用及び離型作用
を利用することにより、圧延条件の変動や被圧延材の変
更に対しても十分な焼付き防止作用を発揮させ、表面傷
のない熱間加工製品を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のステンレス鋼熱
間加工用潤滑剤は、その目的を達成するため、１〜３０
重量％の水酸化鉄粉末が粘性水溶液中に分散されている
ことを特徴とする。この潤滑剤は、更に１〜３０重量％
の酸化鉄粉末を、水酸化鉄との合計量２〜３０重量％で
含むこともできる。酸化鉄及び水酸化鉄は、それぞれの
９０重量％以上が粒径１０μｍ以下の微粉であることが
好ましい。粘性水溶液は、高分子系増粘剤を水に溶解す
ることにより調製され、好ましくは１０〜５００ポアズ
の粘度をもつ。

【０００９】

【作用】被圧延材が熱間加工用ロールに焼き付く現象
は、熱間圧延を例にとって説明すると、次のメカニズム
によって生じるものと考えられる。ステンレス鋼板は、
圧延ロールによる押圧で塑性変形し、新生面を現出させ
る。新生面は、酸化スケール等に覆われていない基地金
属に由来するもので、活性な表面状態にある。新生面が
圧延ロールの金属面に直接接触するメタル−メタルタッ
チになると、高温状態にある接触界面で相互の金属原子
が熱拡散を起こし凝着する。

【００１０】本発明者等は、ステンレス鋼板と圧延ロー
ルとの間におけるメタル−メタルタッチの接触面に金属
原子の相互拡散を妨げる物質が存在するとき、凝着が抑
制されるものと考察した。また、凝着が熱的拡散を伴う
一種の反応であることから、熱的な活性度を低下させる
ことも、凝着を抑制する有効な手段であると考察した。

【００１１】ステンレス鋼板と圧延ロールとの間の接触
界面の熱的活性度を低下させる手段として、板温を低下
させたり、圧延ロールの冷却を強化させる手段が想到さ
れる。しかし、板温の低下は、圧延荷重を増大させるこ
とから、ロールに対する負荷を大きくする原因となるた
め、焼付き防止には必ずしも有効ではない。また、ロー
ル冷却の強化を図るため冷却水を増加させるとき、被圧
延材噛込み直前状態でのロール表面温度を低下させるこ
とはできても、ステンレス鋼板と圧延ロールが接触する
ロールバイト内における温度を低下させることには限度
がある。水酸化鉄は、約３００℃に昇温したとき、次の
反応に従って酸化鉄と水に解離する。２ＦｅＯＯＨ→Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＋Ｈ₂ Ｏ

【００１２】この解離は、吸熱反応である。したがっ
て、ロールバイト内に供給された水酸化鉄は、一部が解
離吸熱反応を起こし、ステンレス鋼板及び圧延ロールの
接触面を降温させる。反応によって生成した酸化鉄は、
未反応の水酸化鉄と共に接触界面に介在し、ステンレス
鋼板及び圧延ロールの表面をコーティングする。その結
果、メタル−メタルタッチの接触が阻止され、金属元素
の相互拡散が抑制される。このように、水酸化鉄は、吸
熱作用及びコーティング作用の双方によって、圧延ロー
ルに対するステンレス鋼板の焼付きを防止する。

【００１３】水酸化鉄には、ＦｅＯＯＨ，Ｆｅ（ＯＨ）
₂等、種々の化学構造をもったものが存在する。本発明
で使用される水酸化鉄は、大気中で安定であり且つ工業
的に入手可能なものである限り、特にその種類に制約を
受けるものではない。一般的にいって、水酸化鉄は工業
的に安定して製造され、且つ価格的にも比較的安価であ
るという長所を持っている。しかし、同様な吸熱反応を
起こす水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）₂，水酸化マン
ガンＭｎ（ＯＨ）₂，水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）₂等
の他の金属水酸化物を、反応温度、吸収熱量等の反応特
性や価格等を考慮しながら、水酸化鉄に替え、或は任意
成分として配合することもできる。水酸化鉄粉末は、粘
性水溶液をキャリアとして圧延ロールの周面に供給され
る。粘性水溶液に対する水酸化鉄の配合割合は、焼付き
防止作用，供給方法等の面から制約される。

【００１４】水酸化鉄の配合比率が小さすぎると、解離
反応に伴った吸収熱量が少なく、またステンレス鋼板及
び圧延ロールの表面を十分に被覆することができない。
その結果、焼付き防止効果が低下する。水酸化鉄の配合
比率が小さい潤滑剤で所与の効果を得ようとすると、供
給する潤滑剤の絶対量を大きくすることが必要となり、
実操業に適した状態で潤滑剤を供給することが困難にな
る。逆に、水酸化鉄の配合比率が大きすぎると、解離吸
熱反応に寄与しない割合が多くなり、焼付き防止効果が
飽和し水酸化鉄が無駄に消費される。このようなことか
ら、粘性水溶液に対する水酸化鉄の配合割合は、１〜３
０重量％にする必要がある。

【００１５】本発明の潤滑剤は、水酸化鉄の他に酸化鉄
を含むこともできる。使用可能な酸化鉄は、特に制約さ
れるものではないが、ＦｅＯ，Ｆｅ₃ Ｏ₄ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃
等の形態をとるが、本発明では何れの酸化鉄及びそれら
の混合物も使用可能である。酸化鉄は、ロールバイト内
でステンレス鋼板と圧延ロールとの接触面に介在し、メ
タル−メタルタッチの接触を阻止し、擬着を抑制する離
型作用を呈する。その結果、圧延ロールに対するステン
レス鋼板の焼付きが防止される。酸化鉄は、１〜３０重
量％の配合量で、且つ水酸化鉄との合計量が２〜３０重
量％となるように粘性水溶液に混合される。水酸化鉄の
配合割合が３０重量％を超えるとき、ステンレス鋼板及
び圧延ロールに対するコーティング作用が飽和するばか
りでなく、粘性水溶液中における分散状態が不安定にな
る。そのため、長期間放置しておくとき、酸化鉄が沈降
し、潤滑剤の物性が変動する。また、圧延ロールに対し
て潤滑剤を供給する配管系に閉塞等のトラブルが発生し
易くなる。しかし、１重量％未満の配合割合では、酸化
鉄に起因する焼付き防止効果が不十分である。

【００１６】酸化鉄及び水酸化鉄は、大きすぎる粒径で
は圧延ロール及びステンレス鋼板の表面を効果的に被覆
することが困難となるばかりでなく、粘性水溶液に混合
した状態で沈降し易く、均質な分散状態を維持すること
が困難になる。特に、水酸化鉄は、微細なものほど解離
反応を容易に開始し、圧延ロール及びステンレス鋼板の
表面の冷却に有効に働く。この点で、酸化鉄及び水酸化
鉄の粒径は、それらの９０重量％以上が１０μｍ以下の
微粉であることが好ましい。

【００１７】粘性水溶液の粘度は、混合された酸化鉄及
び水酸化鉄を均質な分散状態に維持する上で重要であ
る。粘度が低過ぎると、懸濁している酸化鉄及び水酸化
鉄が沈降し易く、保管している潤滑剤の特性が変動し、
潤滑剤を供給する配管系に閉塞等のトラブルを発生させ
る。しかし、高過ぎる粘度では、圧延ロールの周面に潤
滑剤を供給するとき、非常に高い吐出圧力を設定するこ
とが必要になり、実装業に適した潤滑剤の供給が行われ
ない。そこで、高分子系増粘剤の添加によって１０〜５
００ポアズの範囲に、粘性水溶液の粘度を調整する。粘
性水溶液は、粘度に関する条件を満足する限り、特に種
類が制約されるものではない。粘性水溶液の粘度は、増
粘剤を微量添加することによって容易に調節することが
できる。増粘剤としては、アクリル酸重合体を始めとし
て、各種の高分子系増粘剤が使用される。

【００１８】

【実施例】実施例１：Ｃ：０．００６重量％，Ｓｉ：
０．１５重量％，Ｍｎ：０．２３重量％，Ｐ：０．０２
４重量％，Ｓ：０．００１重量％，Ｎｉ：０．１６重量
％，Ｃｒ：１８．２３重量％，Ｍｏ：１．０３重量％，
Ｔｉ：０．４１重量％及びＡｌ：０．２３重量％を含む
フェライト系ステンレス鋼から、板厚２５ｍｍ，幅４０
ｍｍ及び長さ２００ｍｍの熱間圧延用試験片を切り出し
た。

【００１９】熱間圧延条件は、圧延温度９００℃，圧下
率７５％の１パス圧延とした。圧延ロールには、熱間工
具鋼ＳＫＤ６１で作製された直径３５０ｍｍ，胴長３０
０ｍｍのロールを使用した。また、被圧延材である試験
片は、スケールの生成を抑制するため、不活性ガス雰囲
気中で９５０℃に加熱した。加熱後の試験片表面に生成
したスケールは、膜厚約１μｍ以下の薄いものであっ
た。

【００２０】熱間圧延に先立って、図１に示すように圧
延ロールの表面に潤滑剤を吹き付けた。すなわち、潤滑
剤容器１に収容されている潤滑剤を、圧力１００ｋｇｆ
／ｃｍ² のポンプを使用し、供給導管２を介して噴射ノ
ズル３に送り、噴射ノズル３から微細な潤滑剤液滴４と
して、２０ｒ．ｐ．ｍ．で回転している圧延ロール５の
周面に噴射させた。このとき、噴射幅を２００ｍｍ，噴
射時間を３秒に設定した。

【００２１】圧延ロール５の周面に、総重量５ｇの潤滑
剤を供給した。この供給量は、約２０μｍの膜厚をもつ
液膜を圧延ロール５の周面に形成したことに相当する。
圧延ロール５の周面に潤滑剤を噴射した後、高圧水容器
６に収容されている水をノズル７から圧力３ｋｇｆ／ｃ
ｍ² で水滴８として噴射した。この水の供給は、ロール
冷却水の供給に相当し、潤滑剤の粘度が適当であれば流
れ落ちる割合が少なくなり、圧延ロール５に対する潤滑
剤の付着率を高めることになる。

【００２２】潤滑剤は、表１に示すように、増粘剤とし
てアクリル酸重合体を配合した粘性水溶液を使用した。
粘性水溶液に分散される水酸化鉄としては、平均粒径が
０．８μｍで、粒径１０μｍ以下の粉末が占める割合が
９９重量％の微粉末を使用した。また、酸化鉄には、平
均粒径が１．２μｍで、粒径１０μｍ以下の粉末が９９
重量％を占める微粉末を使用した。

【００２３】

【表１】

【００２４】各潤滑剤を吹き付けて圧延ロール５の表面
に潤滑剤皮膜を形成した条件下で熱間圧延を行い、圧延
後に圧延ロール５及び試験片の表面を観察し、焼付き発
生の有無を調査した。調査結果を示す表１から明らかな
ように、１〜３０重量％の割合で水酸化鉄を分散させた
潤滑剤、及び１〜３０重量％の酸化鉄を更に混合した潤
滑剤を使用した例にあっては、何れも焼付きの発生がみ
られず、良好な表面性状をもった熱延板に圧延されてい
た。なお、表１の供給量，付着量等は、水酸化鉄及び酸
化鉄の合計量を基準として算出した。

【００２５】実施例２：粘性水溶液の粘度，水酸化鉄及
び酸化鉄の分散量，粒径等が調製された潤滑剤における
微粒子分散の安定性に与える影響を調査した。粘性水溶
液に水酸化鉄及び酸化鉄を混合して潤滑剤を調合した
後、ビーカに入れて静置した。そして、一週間後におけ
る水酸化鉄及び酸化鉄の分散状態を調査した。調査方法
としては、ビーカ上層部から潤滑剤サンプルを採取し、
サンプル液に含まれている水酸化鉄及び酸化鉄の含有量
を測定し、調合初期の含有量と比較する方法を採用し
た。調査結果を、表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２から明らかなように、水酸化鉄及び酸
化鉄の粒径の大部分を１０μｍ以下、合計分散量を３０
重量％以下、粘性水溶液の粘度を１０ポアズ以上とする
とき、一週間放置後のビーカ上層部から採取されたサン
プル液は、調合初期の潤滑剤とほぼ同じ含有量の水酸化
鉄及び酸化鉄を含んでいた。このことは、本発明に従っ
て調製された潤滑剤は、微粒子の沈降を生じることな
く、安定した微粒子分散状態を維持することを示してい
る。したがって、供給導管２，噴射ノズル３等に閉塞を
起こすことなく、長期間にわたり安定した条件下で潤滑
剤を圧延ロール５の周面に供給することができる。な
お、以上の実施例においては、ステンレス鋼の熱間圧延
に本発明の潤滑剤を使用した例を説明した。しかし、本
発明の潤滑剤は、これに拘束されるものではなく、たと
えば所定の形状にステンレス鋼材を熱間押出しする等の
他の熱間加工方法に対しても同様に適用される。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の潤滑剤
は、解離吸熱反応によってステンレス鋼及び加工ロール
を冷却すると共に、ステンレス鋼及び加工ロールに対す
るコーティング作用を呈する水酸化鉄を有効成分として
含んでいる。この潤滑剤を加工ロールの周面に塗布して
ステンレス鋼を熱間加工するとき、ロール焼付きが効果
的に防止され、表面傷のない高品質の製品が得られる。
また、加工ロールに対する損傷も少なくなり、ロール原
単位をも低減させる。製造された熱間加工製品は、綺麗
な表面をもっていることから、表面研磨を軽減或いは省
略することができ、生産性良く鏡面仕上げ用途等の付加
価値が高いステンレス鋼材を製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧延ロールに潤滑剤を吹き付ける機構

【符号の説明】

１潤滑剤容器２供給導管３噴射ノズル
４潤滑剤液滴５圧延ロール６高圧水容器７冷却水ノズ
ル８水滴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｍ 145:14）Ｃ１０Ｎ 10:16 20:02 20:06 Ｚ 40:24 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１〜３０重量％の水酸化鉄粉末が粘性水
溶液中に分散されていることを特徴とするステンレス鋼
熱間加工用潤滑剤。
【請求項２】１〜３０重量％の水酸化鉄及び１〜３０
重量％の酸化鉄が合計２〜３０重量％で粘性水溶液中に
分散されていることを特徴とするステンレス鋼熱間加工
用潤滑剤。
【請求項３】請求項１又は２記載の酸化鉄及び水酸化
鉄は、それぞれの９０重量％以上が粒径１０μｍ以下の
微粉であるステンレス鋼熱間加工用潤滑剤。
【請求項４】請求項１又は２記載の粘性水溶液は、高
分子系増粘剤の添加によって粘度１０〜５００ポアズに
調整されているステンレス鋼熱間加工用潤滑剤。