JP2001152173A

JP2001152173A - 冷間加工用潤滑剤

Info

Publication number: JP2001152173A
Application number: JP34059899A
Authority: JP
Inventors: Keiji Matsumoto; 圭司松本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-05

Abstract

(57)【要約】【課題】冷間加工、特に鋼管の冷間加工において、工
具と被加工材との間の焼付きを防止するとともに凹み疵
の発生を防止し、かつ加工後の洗浄が容易で再付着の発
生を抑制することができる冷間加工用潤滑剤を提供す
る。【解決手段】質量で５０％以上の極圧剤から構成され
る基油にホウ酸、水溶性ホウ酸塩、水溶性アルカリ金属
ケイ酸塩、モリブデン酸および水溶性モリブデン酸塩か
ら選ばれる１種または２種以上の粉末を質量で５％以上
７０％以下分散させる。極圧剤は硫黄系極圧剤で、粉末
の平均粒径は５０μｍ以下が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材を冷間にて塑
性加工する際に用いられる冷間加工用潤滑剤に関する。
詳しくは、本発明は、耐焼き付き性と洗浄性に優れた冷
間加工用潤滑剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼材の冷間加工では、加工時の摩擦力の
低減や、工具と被加工材間の焼付き防止を目的に潤滑剤
が使用される。特に、冷間鍛造、鋼管の冷間抽伸、ある
いは鋼管の冷間圧延などのように加工度が高い塑性加工
に使用される潤滑剤は優れた潤滑性が要求される。

【０００３】このような冷間加工に使用される潤滑剤と
しては、油や水をベースとし加工の際に被加工材や工具
に吹き付けて使用するタイプと、加工前に被加工材の表
面に固体被膜を形成させて使用するタイプのものがあ
る。

【０００４】被膜タイプの潤滑剤は一般に耐焼き付き性
に優れるため、特に焼き付きが発生しやすい加工に用い
られてきたが、被加工材に潤滑剤を塗布して乾燥させる
という工程が必要であり、生産効率、コストの面で問題
がある。

【０００５】水をベースにした潤滑剤としては、水溶液
タイプや油を乳化させたエマルションタイプが用いられ
ている。これらは、熱伝導率の高い水をベースにしてい
るため冷却性には優れているが、形成される潤滑膜が薄
く、耐焼き付き性は低い。

【０００６】油をベースとした潤滑剤は、水をベースと
した潤滑剤に比べ、厚い潤滑膜の形成が可能なため耐焼
き付き性に優れており、極圧剤の添加により更に耐焼き
付き性の向上が可能なため、多用されている。しかしな
がら、冷間鍛造、鋼管の冷間抽伸、鋼管の冷間圧延など
の加工では、焼付きの防止効果が充分ではない。ところ
で、熱間加工では、焼付き防止のため、粉末状の潤滑剤
や、粉末を水や油に添加した潤滑剤が用いられる。例え
ば、特開平０６−０４１５６７号公報には、温熱間塑性
加工用粉末状潤滑剤が、また、特開平０８−１４３８８
２号公報には基油にホウ酸やホウ酸塩のオイルサスペン
ションを含有させた鋼材の熱間圧延用潤滑剤組成物が開
示されている。

【０００７】一般に、粉末は工具と被加工材との界面に
介在し工具と被加工材との金属接触を防止する作用をな
すため、粉末あるいは粉末を含んだ水や油の混合物を潤
滑剤として用いると、耐焼き付き性が向上する。しかし
ながら、粉末が被加工材に押し込まれて凹み疵になると
いう問題や、加工後の洗浄工程で洗浄された粉末が洗浄
槽内に溶けずに漂い、それが製品に再付着して汚すと言
った問題がある。従って、通常、粉末あるいは粉末を含
有した潤滑剤は、最終工程あるいは最終工程に近い冷間
加工では使用されず、中間工程である熱間加工に限られ
て使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、冷間加工、
特に鋼管の冷間圧延において、工具と被加工材との間の
焼付きを防止するとともに凹み疵の発生を防止し、かつ
加工後の洗浄が容易で再付着の発生を抑制することがで
きる冷間加工用潤滑剤を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記課題の
解決手段について鋭意検討し、質量で５０％以上の極圧
剤から構成される基油に微細な水溶性の粉末を分散させ
ることにより上記課題が解決されることを新たに知見し
本発明を完成した。

【００１０】本発明の要旨は以下の（１）〜（４）の通
りである。

【００１１】（１）質量で５０％以上の極圧剤から構成
される基油にホウ酸、水溶性ホウ酸塩、水溶性アルカリ
金属ケイ酸塩、モリブデン酸および水溶性モリブデン酸
塩から選ばれる１種または２種以上の粉末を質量で５％
以上７０％以下分散させたことを特徴とする冷間加工用
潤滑剤。

【００１２】（２）上記極圧剤が、硫黄系極圧剤である
ことを特徴とする上記（１）項に記載の冷間加工用潤滑
剤。

【００１３】（３）上記粉末の平均粒径が５０μｍ以下
であることを特徴とする上記（１）または（２）項に記
載の冷間加工用潤滑剤。

【００１４】（４）鋼管の冷間圧延における工具と被圧
延材との間の潤滑剤として使用することを特徴とする上
記（１）〜（３）項のいずれかに記載の冷間圧延用潤滑
剤。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、％表示は、質量％を表す。

【００１６】本発明の冷間加工用潤滑剤（以下、単に潤
滑剤ともいう）は、５０％以上の極圧剤から構成される
基油にホウ酸、水溶性ホウ酸塩、水溶性アルカリ金属ケ
イ酸塩、モリブデン酸、水溶性モリブデン酸塩の粉末を
分散させたものである。

【００１７】潤滑剤は工具と被加工材の界面に介在して
潤滑膜を形成し、工具と被加工材との金属接触を防止し
焼付きを防止する。すなわち、基油により形成される潤
滑膜に加え、基油中に分散している粉末が界面を覆うよ
うに均一に拡がり焼付きが防止される。

【００１８】本発明の潤滑剤を構成する粉末の作用機構
の詳細は不明であるが、冷間加工により界面の温度は局
部的には高温に達するため、その温度域でホウ酸や水溶
性ホウ酸は酸化ホウ素に、水溶性アルカリ金属ケイ酸塩
はシリカガラスに変化し、軟化したこれらの物質が界面
に均一に拡がるためと推察される。モリブデン酸塩も同
様の現象が生じているものと考えられる。

【００１９】本発明において、粉末含有量は、潤滑剤
中、５％以上７０％以下である。含有量が５％未満では
焼付きの防止効果が不十分であり、７０％超では潤滑剤
の粘度が高くなり過ぎて作業性が悪化する。好ましく
は、３０％以上６０％以下である。

【００２０】本発明の潤滑剤に用いられる粉末は前述の
加工温度域で液体に溶融するものではないため、粉末の
分散が不十分で粒子の凝集した塊がある場合や、凝集し
ていなくとも粒径が大き過ぎる場合には、粒子が被加工
材に押し込まれて凹み疵（以下、押し込み疵ともいう）
を生じることがある。好ましくは、粉末の粒径は、平均
で５０μｍ以下である。また、粒径が小さすぎると潤滑
剤の粘度が高くなり過ぎて作業性が悪化する。更に好ま
しくは、粉末の平均粒径は０．１μｍ以上２０μｍ以下
である。

【００２１】本発明で使用できる水溶性ホウ酸塩として
は、ナトリウム塩、カリウム塩、アルカノールアミン
塩、アンモニウム塩等が挙げられる。水溶性アルカリ金
属ケイ酸塩としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウ
ム、ケイ酸リチウムが挙げられる。水溶性モリブデン酸
塩としては、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カ
リウム等のアルカリ金属塩、モリブデン酸アルカノール
アミンおよびモリブデン酸アンモニウム等が挙げられ
る。

【００２２】一般に、冷間加工された被加工材はアルカ
リ液での洗浄工程に送られて加工時に付着した潤滑剤が
除去される。本発明の潤滑剤に含まれる粉末は水あるい
はアルカリ水溶液に溶解するところに特徴がある。した
がって、本発明の潤滑剤はアルカリ洗浄によって容易に
洗浄され、しかも、アルカリ洗浄で洗浄槽内に溶けずに
留まっている粒子が再付着して製品を汚すと言った問題
を生じない。本発明に潤滑剤に含まれる基油は、５０％
以上の極圧剤から構成される。本発明で使用できる極圧
剤としては、公知の極圧剤を用いることができ、例え
ば、硫黄系、リン系および塩素系などの極圧剤を挙げる
ことができる。硫黄系極圧剤としては、例えば、動植物
油や合成油の硫化物である硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化
エステル、硫化オレフィン、ジヒドロカルビルポリサル
ファイド、チオカーバメート、チオテルペン、ジアルキ
ルチオジプロピオネートなどを挙げることができる。

【００２３】ここで、硫化油脂としては、硫化鯨油、硫
化ラード、硫化なたね油、硫化ひまし油、硫化大豆油、
硫化米ぬか油などを、硫化脂肪酸としては硫化オレイン
酸などを、硫化エステルとしては硫化オレイン酸メチル
などを使用することができる。硫化オレフィンとして
は、硫化プロピレン、硫化イソブテン、硫化ジイソブテ
ンなどが挙げられる。ジヒドロカルビルポリサルファイ
ドとしては、ジベンジルポリサルファイド、ジドデシル
ポリサルファイド、ジオクチルポリサルファイド、ジフ
ェニルポリサルファイド、ジシクロヘキシルポリサルフ
ァイドなどを挙げることができる。チオカーバメートと
しては、ジンクジチオカーバメートなどを、チオテルペ
ンとしては、五硫化リンとピネンの反応物を、ジアルキ
ルチオジプロピオネート類としては、ジラウリルチオジ
プロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネートな
どを挙げることができる。

【００２４】リン系極圧剤としては、アルキルフォスフ
ァイト、アルキルまたはアリールアシッドフォスフェー
ト、トリアルキルまたはトリアリールフォスフェート、
ジチオリン酸亜鉛などが挙げられる。

【００２５】塩素系極圧剤としては、動植物油や合成油
を塩素化した塩素化パラフィン、塩素化エステル、塩素
化脂肪酸、塩素化油脂などが挙げられる。本発明では、
硫黄系極圧剤、リン系極圧剤および塩素系極圧剤をそれ
ぞれ単独に、あるいは２種以上を混合して使用すること
ができる。好ましくは、極圧剤は硫黄系極圧剤であり、
更に好ましくは、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステ
ル、硫化オレフィンである。極圧剤の量が過小では焼付
き防止効果が不十分となる。そのため、極圧剤は基油
中、５０％以上とした。なお、極圧剤は、基油中、１０
０％であってもよい。好ましくは、８０％以上である。

【００２６】本発明の潤滑剤を構成する基油として、上
記極圧剤に、公知の冷間圧延油等の基油として用いられ
ている鉱油や合成油などを添加して用いてもよい。例え
ば、鉱油としては、パラフィン系鉱油やナフテン系鉱油
などを、合成油としては、ポリαオレフィン、ポリオキ
シプロピレングリコール、ブチルステアレート、トリメ
チロールプロパンなどを挙げることができる。

【００２７】本発明の潤滑剤の粘度は、基油の種類と粉
末の量を調整することで調整することができる。すなわ
ち、基油に高粘度のものを使用すると潤滑剤の粘度は高
くなり、低いものを使用すると潤滑剤の粘度は低くな
る。また、粉末の添加量が多いと潤滑剤の粘度は高くな
り、少ないと低くなる。潤滑剤の粘度が高すぎると洗浄
性が悪化し、低すぎると潤滑性が悪化する。好ましく
は、潤滑剤の粘度は、Ｂ型粘度計Ｎｏ．４ロータによる
２５℃の条件で１０００ｍＰａ・ｓ以上２５０００ｍＰ
ａ・ｓ以下である。

【００２８】本発明の潤滑剤には、基油ならびに粉末以
外に公知の各種添加剤、例えば防錆添加剤、酸化防止
剤、防食添加剤、界面活性剤などを加えて使用すること
ができる。その際の各種添加剤の含有量は、潤滑剤中、
合計で１０質量％程度以下とするとよい。

【００２９】本発明の潤滑剤は、原液のままスプレーな
どにより冷間加工の工具や被圧延材に塗布して使用する
ことができる。また、界面活性剤などで乳化したり、あ
るいは水で希釈して塗布してもよい。

【００３０】本発明の潤滑剤は、粘度および基油や粉末
の成分を調整することで種々の冷間加工に使用できる。
例えば、本発明の潤滑剤が使用できる冷間加工分野とし
ては、鋼材の冷間鍛造、鋼管の冷間圧延や冷間抽伸、鋼
板の冷間圧延、形鋼、鋼矢板、棒鋼、線材、板材および
鋼管の矯正などが挙げられる。

【００３１】特に、本発明の潤滑剤は鋼管の冷間圧延に
適用すると好適である。すなわち、本発明の潤滑剤は粘
性が高いため工具や被圧延材との付着性が良好であり、
また、潤滑性が高いため、鋼管の冷間圧延に適用するこ
とにより、鋼管内面とマンドレルと呼ばれる棒状工具と
の界面、ならびに鋼管外面と孔型ロールとの界面での焼
付きを極めて効果的に防止することができる。

【００３２】

【実施例】表１に示す組成の基油と各種粉末から表２に
示す本発明例１〜２０の２０種類の潤滑剤と表３に示す
比較例１〜７の７種類の潤滑剤を作製し、リング圧縮試
験ならびに洗浄試験で潤滑性、押し込み疵の発生程度な
らびに洗浄性を調査した。粉末はボールミルを用いて粒
径を調整した。表４に粉末の平均粒径を示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】図１はリング圧縮試験の方法を示す装置の
模式図である。同図において、符号１はプレス上型、２
はプレス下型、３はポンチ、４はダイス、５はリング試
験片、６は潤滑剤、７はカバーである。

【００３８】図１に示すように、表面に潤滑剤６を塗布
したリング試験片５をダイス４とポンチ３の間に置き、
プレス上型１とプレス下型２で加圧して一定量の変形を
与え、リング試験片表面の焼付き発生状況ならびにリン
グ試験片とダイスとの間の摩擦係数を調査し潤滑性を評
価するとともに、リング試験片表面の潤滑剤押し込み疵
の発生状況を調査した。

【００３９】表５にリング圧縮試験条件を示す。なお、
冷間での塑性加工で発生する加工熱および摩擦熱による
被加工材の温度上昇を考慮して、リング試験片、ダイス
およびポンチは１５０℃に加熱して試験を実施した。

【００４０】

【表５】

【００４１】焼付きの評価は、試験後のリング試験片表
面を観察し、◎：焼付き無く、ダイスおよびポンチの接
触痕も無し、○：焼き付き無し、但しダイスまたはポン
チの接触痕有り、△：軽微な焼き付き、×：焼き付き
大、とし、◎と○を合格とした。

【００４２】摩擦係数の算出方法を説明する。図２は、
リング試験片の断面形状を示す図で、同図（ａ）は圧縮
試験前、同図（ｂ）は圧縮試験後、である。符号５はリ
ング試験片で、ｒｏ、ｒｉ、ｈ１はそれぞれ圧縮試験前
のリング試験片の外半径、内半径、厚さ、ｒｉ’、ｈ２
はそれぞれ圧縮試験後のリング試験片の内半径と厚さで
ある。

【００４３】摩擦係数μは、ｒｏ、ｒｉ、ｈ１、ｒｉ’
およびｈ２を測定し、表６に示す計算式から算出した。
なお、摩擦係数は、経験的に実用上問題なしと判断され
る０．２以下を合格とした。

【００４４】

【表６】

【００４５】押し込み疵の評価は、試験後のリング試験
片を十分に洗浄して潤滑剤を除去した後、洗浄した試験
片の表面粗さを測定し、表面粗さがＲａで５μｍ未満を
押し込み疵発生無しと判断し合格とした。洗浄試験は、
所定量の潤滑剤を片面にのみ塗布した板状試験片をアル
カリ洗浄液中に浸漬して一定時間静置する方法で実施
し、試験片に塗布した潤滑剤の試験前後の重量変化より
洗浄率を求めた。更に、潤滑剤を塗布しなかった面を観
察することによって洗浄された粉末の再付着の有無を調
査した。なお、洗浄液はオルソケイ酸ナトリウムで洗浄
温度は７０℃、洗浄時間は３分、潤滑剤の塗布量は０．
０６ｇ／ｃｍ² とした。洗浄性は、洗浄率が８０％以上
で、かつ粉末の再付着がないもののみを良好と判断し
た。

【００４６】表２と３に潤滑性、洗浄性ならびに押し込
み疵の調査結果を示す。表２に示すように本発明例で
は、焼付きは全く発生せず摩擦係数も０．１５以下であ
り、更に、洗浄率も８０％以上であり、固体粉末の再付
着もなく、また、押し込み疵の発生もなく極めて良好で
あった。一方、表３に示すように比較例では、焼付きが
発生し、あるいは洗浄性が不良であった。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、冷間加工において、工
具と被加工材との間の焼付きを防止するとともに凹み疵
の発生を防止し、かつ加工後の洗浄が容易で再付着の発
生を抑制することができる。したがって、本発明の潤滑
剤を冷間加工に適用することにより表面性状の良好な製
品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リング圧縮試験の方法を示す装置の模式図であ
る。

【図２】リング試験片の断面形状を示す図である。

【符号の説明】

１：プレス上型、２：プレス下型、３：ポンチ、４：ダ
イス、５：リング試験片、６：潤滑剤、７：カバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｍ 105:32 Ｃ１０Ｍ 105:32 131:02 131:02 135:02 135:02 135:20 135:20 137:04 137:04 139:00 139:00 Ａ））ＺＣ１０Ｎ 10:12 Ｃ１０Ｎ 10:12 30:04 30:04 30:06 30:06 40:24 40:24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量で５０％以上の極圧剤から構成され
る基油に、ホウ酸、水溶性ホウ酸塩、水溶性アルカリ金
属ケイ酸塩、モリブデン酸および水溶性モリブデン酸塩
から選ばれる１種または２種以上の粉末を質量で５％以
上７０％以下分散させたことを特徴とする冷間加工用潤
滑剤。
【請求項２】上記極圧剤が、硫黄系極圧剤であること
を特徴とする請求項１に記載の冷間加工用潤滑剤。
【請求項３】上記粉末の平均粒径が５０μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の冷間加工
用潤滑剤。
【請求項４】鋼管の冷間圧延における工具と被圧延材
との間の潤滑剤として使用することを特徴とする請求項
１〜３のいずれかに記載の冷間圧延用潤滑剤。