CN1886208A - 冷拔用润滑油和润滑覆膜及冷拔钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的“第1润滑油”的S含量小于等于3质量％，粘度为5×10－4～1×10－3m2/s(400～1000cSt)，另外“第2润滑油”的S含量为10～30质量％、粘度为5×10－5～2×10－4m2/s(50～200cSt)，根据使用这些润滑油的润滑覆膜，可以在冷拔时确保润滑性，同时可以把退火残渣减少到3g/m2或3g/m2以下。因此，若使用这些润滑油实施油润滑处理来制造冷拔钢管，可以提供最适合用作以汽车构件为首的各种机械结构构件的冷拔钢管。
Description
技术领域
本发明涉及用于机械结构用钢管的冷拔的润滑油和润滑覆膜及使用它们的制造方法，更详细地讲，涉及最适于冷拔在汽车和其他产业领域中使用的强度高、表面性能优良的机械结构用钢管的润滑油和润滑覆膜及冷拔钢管的制造方法。
背景技术
作为碳素钢、合金钢或不锈钢等机械结构用钢管的冷加工法，公知的有由拉拔机进行的拉拔加工法和由皮尔格式轧机进行的轧制加工法。其中，由拉拔机进行的拉拔加工法，与由皮尔格式轧机进行的轧制加工法相比，可以高效率地制造高品质的冷加工钢管。为此，在用于汽车等的机械结构用钢管的制造中，广泛应用由该拉拔机进行的冷拔加工法(下面，把由该拉拔机进行的冷拔加工法称为“冷拔”)。
在该冷拔中，需要进行作为前期处理的润滑处理。从冷拔工序中的作业效率和钢管品质的方面考虑，由润滑处理来确保润滑性，同时防止烧伤是很重要的。为了该目的，公知有这样的方法：在通过对要进行冷拔加工的管坯进行酸洗等去除表面的锈皮之后，预先在其管坯的表面形成磷酸锌的化学生成覆膜，再在该覆膜上形成金属皂等润滑覆膜。
为了充分发挥效果，对该方法提出了各种方案。
例如，在日本特开平10-286616号公报中提出了一种管内面涂油装置，是在拉拔加工时通过中空心轴在管内面上涂敷润滑油的装置，在使上述中空心轴内的残余油返回油箱的配管路径上设置了安全阀。
另外，在日本特开昭62-236896号公报中，提出了这样的润滑方法，在截面减少率为30％或30％以上的冷拔加工时，使用混合基油10～60质量％、硫磺系耐高压添加剂10～60质量％、增粘剂35质量％而成的在40℃时粘度是100～5000厘泊的润滑油。
同样地，在日本特公平4-48839号公报中，公开了这样的润滑处理方法，在酸洗处理碳素钢、合金钢的线材、棒材或管材后，在材料表面上，涂敷在20℃时粘度是100～3000厘泊的润滑油。
在此，所提出的润滑油的组成包括：5～40％硫磺量大于等于30％的二烷基多硫化合物、20～70％从在油脂和烯烃的化合物中结合了15％或15％以上的硫磺量而成的物质等中选出的化合物、从油脂、合成油、矿物油和高级脂肪酸中选出的1种或2种或2种以上的基油、从聚异丁烯系增粘剂、烯烃共聚体系增粘剂和聚甲基丙烯酸酯系增粘剂中选出的至少1种或1种以上的增粘剂。
再有，在日本特开2002-192220号公报中，提出了这样的冷拔钢管的制造方法，把管坯浸渍在含有金属盐的水溶液，在该管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐或硼酸的碱金属盐和脂肪酸的碱金属盐的覆膜，在其上涂敷液状润滑剂后进行冷拔加工。
但是，近年来，用作以汽车为首的各种机械结构构件的机械结构用钢管，从结构构件的轻量化等方面考虑，要求高强度。
为了满足这种要求，有时采用在冷拔后在比较低的温度下进行退火，使由冷加工产生的加工应变残留在产品钢管上来确保钢管的高强度的方法。
另外，由于需要确保退火后的钢管表面的平滑性和表面性能，最好抑制退火时产生的锈皮，使形成于钢管表面上的锈皮厚度减薄。为此，多使用将炉内气氛调整成非氧化性的光亮退火作为机械结构用钢管的退火。
再有，从降低成本方面考虑，大多不进行冷拔后钢管的内外表面的研磨，而直接用作结构用构件。这时，在上述的形成化学生成覆膜的方法中，在冷拔后的钢管表面上固定磷酸锌和金属皂的一部分，有损冷拔钢管的金属光泽。
由于这种状况，作为冷拔的前期处理，进行在管坯表面上形成化学生成覆膜的处理变得困难了。
另一方面，明显可知冷拔前在管坯表面涂敷润滑油的油润滑处理，与化学生成覆膜处理相比，处理工序简单，并且作业工时和运行成本可以大幅度减少。为此，多采用油润滑处理作为冷拔的前期处理。
如上所述，汽车等用的机械结构用钢管，由于要求高强度，且不进行表面研磨地使用，因此，需要在冷拔后在低温的气氛调整炉内进行退火。
在实施这种退火时，通过促进残存的润滑油的热分解、使润滑油充分挥发去除等来谋求减少退火残渣，这成为新的需要解决的问题。
可是，若使用上述日本特开平10-286616号公报中提出的装置，可以解决在规定的内面涂油后，在等待拉伸的过程中从中空心轴的前端泄漏的润滑油从缩口部流入另一端，在其后的热处理过程中进行碳化而产生内面污垢的问题。但是，由于并不是改善润滑油本身，因此不能解决作为新问题的退火残渣的问题。
再有，在日本特开昭62-236896号公报和日本特公平4-48839号公报中，使用硫磺(S)系耐高压添加剂来确保冷拔中的润滑性，防止烧伤和粘着的发生，另外，在日本特开2002-192220号公报中，在管坯的内外表面形成碱金属盐的覆膜，抑制冷拔时产生烧伤，同时防止冷拔后的热处理中的渗磷。
为此，若采用上述日本特开昭62-236896号公报、日本特公平4-48839号公报和日本特开2002-192220号公报的3件专利文献中提出的方法，虽然可以抑制冷拔时产生烧伤和粘着及产生抖振，但不能解决作为上述新课题的退火残渣的问题。
因此，当对用这3件专利文献中提出的方法冷拔的钢管进行退火、例如在650℃或650℃以下实施光亮热处理时，在使用硫磺(S)系耐高压添加剂时，润滑油的挥发不充分，产生的退火残渣较多。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种润滑油和润滑覆膜及使用它们的冷拔钢管的制造方法，以上述新课题、即在低温气氛炉内进行低温退火作为前提，在油润滑处理中进行冷拔加工时，确保润滑性，防止产生烧伤和粘着，同时在钢管的表面上不产生“碳黑”和“牢固附着物”等退火残渣。
本发明者为了满足对机械结构用钢管的高强度的要求和省略钢管表面研磨的要求，进行了各种研究，结果发现了以下(a)～(c)为重要的技术事项。
(a)为了得到优良的表面性能，需要抑制在退火中产生的锈皮，减薄钢管表面的锈皮厚度。具体地讲，在进行冷拔和进行退火之后，将钢管表面的锈皮厚度控制在0.5～10μm。
(b)为了高效率地确保高强度，采用低温退火，使由冷拔产生的加工应变残留在钢管上。这时，由于后述的理由，使加热温度为650℃或650℃以下。
(c)为了确保优良的表面性能、表面品质，需要在钢管表面没有由于退火残渣的附着、残存而产生的污垢。作为具体的目标，退火残渣的附着量是3g/m2或3g/m2以下。
再有，本发明者为了在确保润滑性和防止烧伤的同时谋求减少退火残渣，对润滑油中的S系耐高压添加剂与退火残渣的关联性进行了研究。
在通常的润滑处理中，为了提高润滑性而使用耐高压添加剂，即使在管坯和工具(芯棒、拉模)的界面上产生断油时，也可以确保润滑性。
因此，若要提高润滑性进行稳定的冷拔时，在润滑油中多添加S系耐高压添加剂。但是，S系耐高压添加剂其自身容易作为退火残渣残留，还妨碍基膜润滑油的热分解，妨害其发挥性。
另外，由于机械结构用钢管要求高强度，所以在冷拔的工序中进行强度加工，因此容易产生油膜断开，产生烧伤。为了防止发生这种情况，在冷拔之前，在管坯的表面上形成润滑油保持性优良的硼酸的碱金属盐的覆膜，实施基底处理，这是有效的。
作为该基底处理，形成磷酸的碱金属盐的覆膜来代替硼酸的碱金属盐的覆膜，也能得到同样的效果。也可以形成硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的覆膜。
本发明者将上述的研究结果作为前提，并根据不同的着眼点，进行开发一种润滑油，该润滑油虽然润滑特性不同、但最适合于制造表面性能优良的冷拔钢管。
(1)关于第1润滑油
如上所述，在油润滑处理中，为了提高润滑性而加入润滑油中的S系耐高压添加剂，除了其自身容易作为退火残渣而残存之外，由于妨碍基础润滑油的热分解，因此尽量少用S系耐高压添加剂。
由于降低了润滑油中的硫磺含量，因此容易产生油膜断开，容易产生烧伤，为了防止产生油膜断开和烧伤，在冷拔之前，在管坯的表面形成润滑油保持性优良的硼酸的碱金属盐的覆膜，进一步提高润滑油的粘度。形成磷酸的碱金属盐的覆膜来代替硼酸的碱金属盐的覆膜，也能得到同样的效果。
即，作为第1着眼点，以实施在管坯表面上涂敷覆膜的基底处理为前提，为了除去钢管表面的退火残渣，选择尽量少用S系耐高压添加剂。该覆膜对高粘度润滑油的保持性优良。
本发明的第1润滑油，是基于上述第1着眼点完成的，其特征在于，S含量小于等于3质量％，粘度为5×10-4～1×10-3m2/s(400～1000cSt)。
(2)关于第2润滑油
为了确保润滑性，在润滑油中添加的S系耐高压添加剂，在进行冷拔的管坯表面形成剪切力低的FeS、Fe2S等来抑制产生烧伤。如上所述，发现润滑油中的S，其自身成为退火残渣，同时妨碍润滑油的挥发性，但形成了FeS、Fe2S等的S不妨碍润滑油的热分解和挥发。
为此，作为第2着眼点，为了确保润滑性，积极含有在管坯表面上形成剪切力低的FeS、Fe2S等的S。
图1是表示冷拔后的钢管表面的残存油量和S检测强度之间关系的图。由于冷拔中的油量和油膜厚度与润滑油的粘度成比例，因此，调整润滑油的粘度，可以使冷拔后的残存油量(g/m2)变化，通过荧光X射线分析检测出钢管表面的S量(Kcps)。使用的润滑油中的S含量为5质量％、20质量％和30质量％这3种。
由于FeS、Fe2S等的形成是在管坯表面的界面上产生的反应，因此限定于润滑油中含有的S的一部分参加反应。为此，如图1所示，即使增加附着在管坯表面上的油量，形成的FeS、Fe2S等也不怎么变化。与此相反，S检测强度较大地依赖于润滑油中的S含量。
即，管坯表面的FeS、Fe2S等形成量依赖于润滑油中的S含量，油量和油膜厚度对其影响很小。为此，为了确保润滑性，要在管坯表面上有效形成FeS、Fe2S等，需要使用含有规定S含量的润滑油。
其次，在形成FeS、Fe2S等后，为了减少残留在润滑油中的S量(绝对量)，只要减少附着在管坯上的油量，或减薄油膜厚度即可。
由于冷拔加工中的油量和油膜厚度与润滑油的粘度成比例，因此，根据润滑性适当地选择润滑油的S含量，同时选择适当的粘度，从而可确保管坯表面的FeS、Fe2S等的形成量，可以减少残留在润滑油中的S量。
这样，通过在润滑油中积极地含有S，可以确保润滑性，同时可以使退火残渣减少到3g/m2或3g/m2以下。
本发明的第2润滑油是根据上述的第2着眼点完成的，其特征在于，S含量是10～30质量％，粘度是5×10-5～2×10-4m2/s(50～200cSt)。
(3)关于使用第1、第2润滑油的润滑覆膜及冷拔钢管的制造方法。
如上所述，在进行油润滑处理后进行冷拔时，为防止产生油膜断开和烧伤，在冷拔之前，在管坯的表面上形成润滑油保持性优良的硼酸的碱金属盐的覆膜，实施基底处理，这是有效的。
作为该基底处理，形成磷酸的碱金属盐的覆膜来代替硼酸的碱金属盐的覆膜，或形成硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的覆膜，都可以发挥同样的作用。
因此，本发明的润滑覆膜，其特征在于，该润滑覆膜由在浸渍了的管坯的内外表面上形成的硼酸的碱金属盐覆膜、涂敷于其覆膜表面上的第1润滑油或第2润滑油构成。
另外，本发明的润滑覆膜，也可以在管坯的内外表面上形成磷酸的碱金属盐覆膜，也可以在管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的覆膜。
再有，本发明的冷拔钢管的制造方法，其特征在于，把管坯浸渍在含有硼酸的碱金属盐的水溶液中，在上述的管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐覆膜，在其覆膜表面上涂敷第1润滑油或者第2润滑油后进行冷拔后，一边向炉内气氛供给含有CO的气体一边在650℃或650℃以下的温度下实施退火。
另外，在本发明的冷拔钢管的制造方法中，可以使用含有磷酸的碱金属盐的水溶液代替含有硼酸的碱金属盐的水溶液，在管坯的内外表面上形成磷酸的碱金属盐覆膜。并且，也可以使用含有硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的水溶液代替含有硼酸的碱金属盐的水溶液，在管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的覆膜。
根据本发明的冷拔用润滑油和润滑覆膜，可以在冷拔时确保润滑性，并将退火残渣降低到3g/m2或3g/m2以下。因此，若用它们实施油润滑处理制造冷拔钢管，可以提供最适用作以汽车为首的各种机械结构构件的钢管。
在本发明中，“冷拔钢管”是指对碳素钢、铬钢和铬钼钢等合金钢、不锈钢的管坯实施冷拔得到的钢管，是指在汽车和其它产业领域中用作机械结构用构件的钢管。
再有，在本发明的冷拔钢管的制造方法中规定的“含有CO气体”是为了促进气氛内的循环、换气所供给的气体，例如是由按体积％计为CO：0.1～3.0％、CO2：10.0～14.0％、H2：0.1～1.5％、剩余部分为N2构成的气体。
附图说明
图1是表示冷拔后钢管表面的残存油量和S检测强度之间关系的图。
具体实施方式
本发明的制造方法，其特征在于，在进行冷拔时，预先将管坯浸渍在水溶液中，在管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐或/和磷酸碱金属盐的覆膜，在该覆膜上涂敷润滑油，形成2层结构的润滑覆膜后进行冷拔加工，然后一边向炉内气氛中供给含有CO的气体一边在低温下实施退火。
下面，把本发明的内容分成碱金属盐的覆膜形成(基底处理)、润滑油及低温退火进行说明。
1.碱金属盐的覆膜形成
作为润滑油的基底处理，把管坯浸渍在含有硼酸的碱金属盐的水溶液中，在上述管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐的覆膜。
硼酸的碱金属盐的覆膜与管坯的密接性良好，并在进一步在覆膜上涂敷润滑油时，其保持性优良。
因此，通过在管坯的表面上形成硼酸的碱金属盐的覆膜，再在其表面上涂敷润滑油，从而可以减少冷拔时管坯和拉拔用工具(拉模、芯棒)之间的摩擦力，防止管坯和拉拔用工具的烧伤。
硼酸的碱金属盐的覆膜厚度，最好为0.4～20μm。当覆膜厚度超过20μm时容易剥离。另外，有时润滑油残留在钢管的表面上，在退火后作为退火残渣残存。另一方面，当覆膜厚度不到0.4μm时，由于拉拔用工具与管坯表面直接接触，并且润滑油的保持力降低，因此，有时润滑性降低。
作为硼酸的碱金属盐，可以举出硼酸锂、硼酸钾、硼酸钠等，这些硼酸锂、硼酸钾、硼酸钠之中，最好使用硼酸钾。
要在管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐的覆膜，首先，把管坯浸渍在含有上述的硼酸的碱金属盐的水溶液中。通过浸渍时间和水溶液的温度等调节覆膜的厚度，处理后的覆膜厚度最好为0.4～20μm。
再有，水溶液中的硼酸的碱金属盐的浓度，考虑覆膜的厚度、浸渍时间等来决定即可，但例如做成2～10质量％的范围是适当的。另外，水溶液的温度可以在70～100℃的范围内。
其次，使浸渍后的管坯干燥。由此，在管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐的覆膜。浸渍后的管坯的干燥，通过装入150℃左右的干燥室这样通常的方法进行即可。
作为可以适用于本发明的另一基底处理，使用含有磷酸的碱金属盐的水溶液来代替含有硼酸的碱金属盐的水溶液，在管坯的内外表面上形成磷酸的碱金属盐的覆膜，也能得到同样的效果。即，该覆膜也与管坯有良好的密接性，润滑油保持性优良，可以抑制冷拔加工时的管坯和拉拔用工具的烧伤。
再有，这时，硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的作用效果有一些不同。前者具有提高管坯和覆膜的粘合性，提高进一步涂敷于覆膜上的润滑油的保持性并防止管坯和拉拔用工具的烧伤的效果。
与此相对，后者提高了涂敷于覆膜表面上的润滑油的保持性，同时其自身也具有防止管坯和拉拔用工具直接接触和防止烧伤的效果。
使用含有磷酸的碱金属盐的水溶液时的优选的覆膜厚度，与硼酸的碱金属盐的情况一样，是0.4～20μm。
作为磷酸的碱金属盐，可以举出磷酸氢钠、磷酸钠、吡硌啉酸钠等，其中，最好使用磷酸氢钠。
管坯的内外表面上的磷酸的碱金属盐的覆膜的形成，也与硼酸的碱金属盐的情况相同，通过浸渍法进行即可。水溶液中磷酸的碱金属盐的浓度，例如，在0.1～0.5质量％的范围内是合适的，水溶液温度为60～100℃的范围即可。对于浸渍后的管坯的干燥，是与硼酸的碱金属盐的情况相同地进行即可。
再有，在本发明的不同基底处理中，使用含有硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的水溶液代替含有硼酸的碱金属盐的水溶液，在管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的覆膜，也能得到同样的效果。
再有，这时的作用效果，表现出使用硼酸的碱金属盐时和使用磷酸的碱金属盐时的中间的作用效果。
关于使用含有硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的水溶液时优选的覆膜厚度、覆膜的形成、形成之后的干燥，与硼酸的碱金属盐时相同地进行即可。另外，上述水溶液中的两碱金属盐的浓度，它们的合计浓度例如在0.1～3.0质量％的范围内是合适的。
如上所述，本发明的润滑覆膜，在管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐或/和磷酸的碱金属盐的覆膜作为基底处理，在其覆膜表面上涂敷后述的润滑油来构成2层结构，从而即使是碳素钢、合金钢或不锈钢的冷拔加工，也可以发挥优良的润滑性。
2.润滑油
本发明的第1润滑油，S含量小于等于3质量％，粘度为5×10-4～1×10-3m2/s(400～1000cSt)。
使第1润滑油的S含量为小于等于3质量％，是因为通过例如在润滑油中添加S系耐高压添加剂等而使S含量超过3质量％时，退火残渣增大，同时妨碍润滑油的热分解。
因此，第1润滑油的S含量，从抑制退火残渣的生成方面考虑，最好尽量减少S含量，也可以不含有S。但是，当含有微量S时具有难以产生烧伤的效果，因此，实用上，S含量最好为1.5～3质量％。
使第1润滑油的粘度(动粘度)为4×10-4～1×10-3m2/s(400～1000cSt)，是因为当粘度低于4×10-4m2/s时，润滑油引入到冷拔加工时的管坯和拉拔用工具之间的引入量不足，管坯和拉拔用工具直接接触而在管坯上产生伤痕，另一方面，当粘度超过1×10-3m2/s时，润滑油在管坯上的附着量增加，在经济上不利。
其次，本发明采用的第2润滑油，S含量为10～30质量％，粘度定为5×10-5～2×10-4m2/s(50～200cSt)。
当第2润滑油的S含量不到10质量％时，管坯表面的FeS、Fe2S等的形成量少，不能确保润滑性。另一方面，当S含量超过30质量％时，可以确保FeS、Fe2S等的形成量，但润滑油中的S量增加，退火残渣增加，同时妨碍润滑油的热分解。因此，使润滑油的S含量为10～30质量％。
使第2润滑油的粘度(动粘度)为5×10-5～2×10-4m2/s(50～200cSt)，是为了以上述润滑油的S含量作为前提，通过调节附着在管坯表面上的油量和油膜厚度，确保管坯表面的FeS、Fe2S等的形成量，减少残留在润滑油中的S量来确保润滑性，同时减少退火残渣。
即，当粘度低于5×10-5m2/s时，附着在管坯表面上的油量少，冷拔加工时引入到管坯和拉拔工具之间的润滑油的引入量不足，有时管坯和拉拔用工具直接接触而在管坯上产生烧伤。
另一方面，当第2润滑油的粘度超过2×10-4m2/s变高时，附着在管坯上的润滑油的油量和油膜厚度增加，残留在润滑油中的S量增加，不能把退火残渣降低到3g/m2或3g/m2以下。
本发明采用的润滑油，不是将其基油限定在特定的油，除了猪油、牛油、鲸油、棕榈油、椰子油、菜子油等动植物油脂以外，也可以使用合成油、矿物油。
将本发明的润滑油涂敷在碱金属盐覆膜表面上的方法，使用以往的方法即可。例如，从配置在管坯的外周的喷嘴向管坯外表面供给润滑油的方法，另外，也可以使用从设置在插入管坯内部的中空芯棒上的孔向管坯的内表面供给润滑油的方法。
在本发明的制造方法中，在管坯表面上形成2层结构的润滑覆膜后，进行冷拔。本发明的冷拔加工，可以用惯用的方法，不需要只用特别限定的方法。
3.退火
本发明中的退火，目的在于确保冷拔钢管的强度，使由冷拔产生的加工应变残留。当退火温度过高时，加工应变恢复，不能得到加工硬化的效果。通过在650℃或650℃以下的温度对冷拔后的钢管退火，可以得到加工硬化的效果。
再有，为了在炉内维持稳定的燃烧，退火温度的下限最好为350℃。另外，为了除去冷拔钢管的强度偏差，冷拔钢管的炉内保持时间最好为5分钟或5分钟以上。
再有，为了抑制退火产生的锈皮，把冷拔钢管表面的锈皮厚度控制在0.5～10μm，需要使退火炉内形成为氧化性气氛。
用于退火的炉，可以是间歇式密闭炉，也可以是滚底型炉、被处理材料的装入部和输出部被打开的连续炉。在本发明中，最好使用连续式的光亮退火炉。
在本发明的退火中，由于气氛是非氧化性的，不使润滑油中的碳氧化，又由于处理温度不大于650℃，因此，附着在冷拔钢管表面上的润滑油容易成为碳黑和污垢(牢固附着物)等退火残渣而残留。因此，要充足供给含有CO的气体，充分地连续换气来防止残留碳黑和污垢。
向炉内供给的含有CO的气体的供给量，最好是每小时供应相对于炉容积的0.5倍或0.5倍以上的量。这是因为若少于炉容积的0.5倍，热分解后的润滑油容易成为碳黑再附着于冷拔钢管的表面上。
另一方面，当上述气体的供给量过多时，相对于效果来说，成本提高得过大，在经济上不利，因此，最好供给量是炉容积的4倍或4倍以下。
在此，“每小时供给相对于炉容积4倍的气体”，是指每次向炉内供给少量的气体，从炉内排出等量的气体，在1小时内供给炉容积4倍的量的气体。
下面，根据实施例说明本发明的效果。在(实施例1)和(实施例2)中，说明使用本发明的第1润滑油时的效果，在(实施例3)中，说明使用本发明的第2润滑油时的效果。
(实施例1)
使用本发明的第1润滑油和比较润滑油，将JIS G 3445(机械结构用碳素钢钢管)中规定的STKM13A作为供实验用的材料，进行了冷拔。
作为具体的例子，使用外径70.0mm×壁厚4.0mm的管坯，冷拔成外径60.0mm×壁厚3.4mm，在非氧化性气氛的炉内，每小时供给相当于炉容积2倍的量的含有2.1体积％的CO的气体，并在560℃或者700℃的温度进行20分钟的退火，得到冷拔钢管。
调查这时的退火时的烧伤的有无和退火残渣量，同时测量所得到的冷拔钢管的拉伸强度。在表1中表示作为油润滑处理的条件的使用的润滑油的S含量和粘度、涂敷润滑油前的用于基底处理的碱金属盐的种类和有无。
表1的“烧伤”栏的例如“4/5”，表示在同一条件下得到的5根冷拔钢管之中的4根上产生了烧伤。在评价中，如果是“0/5”、“1/5”或者“2/5”则为良好。
同样地，在“退火残渣“的栏中，○符号表示退火残渣量是3g/m2或3g/m2以下，△符号表示退火残渣量是大于3g/m2、且小于等于5g/m2，×符号表示退火残渣量超过5g/m2，如果是○符号，评价为良好。
再有，如果“拉伸强度”是510MPa或510MPa以上，评价为良好。“综合评价”栏的◎符号为非常好，○符号为良好，△符号和×符号都表示不良，只是程度不同。如果是◎符号或者○符号，评价为良好。
表1
| 润滑油的S含量(质量％) | 润滑油的粘度[m2/s(cSt)] | 基底处理 | 退火温度(℃) | 评价 | |||||
| 烧伤 | 退火残渣 | 拉伸强度(MPa) | 综合评价 | ||||||
| 本 | 1 | 0 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 595 | ◎ |
| 2 | 2 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 583 | ◎ | |
| 比较例 | 1 | *5 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | △ | 588 | △ |
| 2 | *10 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | *700 | 0/5 | ○ | 442 | × | |
| 3 | *20 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | × | 592 | × | |
| 本 | 3 | 0 | 6×10-4(600) | 磷酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 590 | ○ |
| 比较例 | 4 | 0 | 6×10-4(600) | *无 | 560 | 5/5 | ○ | 583 | × |
| 5 | 2 | 6×10-4(600) | *无 | *700 | 4/5 | ○ | 449 | × | |
| 6 | *5 | 6×10-4(600) | *无 | 560 | 1/5 | △ | 594 | △ | |
| 7 | *10 | 6×10-4(600) | *无 | 560 | 0/5 | × | 591 | × | |
(注)本：本发明例
在“基底处理”中，硼酸盐：硼酸钾，磷酸盐：磷酸氢钠
*符号：表示超出本发明规定的范围
如表1的结果所表明的那样，在润滑油的S含量在本发明规定的“第1润滑油”的范围内，形成了硼酸或者磷酸的碱金属盐的覆膜时(本发明例1～3)，得到了良好的结果。
与此相反，在润滑油的S含量超出本发明规定的“第1润滑油”的范围时，即使形成了碱金属盐覆膜，没有确认到烧伤，但退火残渣量多(比较例1～3)，也有没有形成碱金属盐的覆膜而产生烧伤的情况(比较例6和7)。
再有，在退火温度高于本发明规定的温度的比较例2中，拉伸强度变低了。
另外，即使润滑油的S含量在本发明规定的“第1润滑油”的范围内，如果没有碱金属盐的覆膜，虽然退火残渣量少了，但产生了烧伤(比较例4和5)。
再有，在退火温度高于规定的比较例5中，拉伸强度变低了。
(实施例2)
使用本发明的第1润滑油和比较的润滑油，将按质量％计含有C：0.19％、Si：0.20％、Mn：0.71％、Cr：0.06％(剩余部分为Fe和杂质)的碳素钢钢管作为供试验用的材料，进行了冷拔。
与实施例1同样，将外径70.0mm×壁厚4.0mm的管坯冷拔成外径60.0mm×壁厚3.4mm，在与实施例1的情况相同的条件下在气氛炉内进行退火处理，得到冷拔钢管。
调查这时的退火中的烧伤的有无和退火残渣量，同时测量得到的冷拔钢管的拉伸强度，在下页的表2中表示调查的结果。
表2
| 润滑油的S含量(质量％) | 润滑油的粘度[m2/s(cSt)] | 基底处理 | 退火温度(℃) | 评价 | |||||
| 烧伤 | 退火残渣 | 拉伸强度(MPa) | 综合评价 | ||||||
| 本 | 4 | 0 | 6×10-4(600) | 磷酸盐 | 560 | 2/5 | ○ | 590 | ○ |
| 5 | 2 | 6×10-4(600) | 磷酸盐 | 560 | 1/5 | ○ | 585 | ○ | |
| 比较例 | 8 | *5 | 6×10-4(600) | 磷酸盐 | 560 | 0/5 | × | 580 | × |
| 9 | *10 | 6×10-4(600) | 磷酸盐 | *700 | 0/5 | ○ | 452 | × | |
| 10 | *10 | 6×10-4(600) | 磷酸盐 | 560 | 0/5 | × | 593 | × | |
| 本 | 6 | 0 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | 560 | 1/5 | ○ | 595 | ○ |
| 7 | 2 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 583 | ◎ | |
| 比较例 | 11 | 2 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | *700 | 0/5 | ○ | 440 | × |
| 12 | 2 | *2×10-4(200) | 硼酸盐 | 560 | 4/5 | ○ | 590 | × | |
| 13 | *5 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | △ | 588 | △ | |
| 14 | *10 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | × | 591 | × | |
| 15 | *10 | 6×10-4(600) | 硼酸盐 | *700 | 0/5 | ○ | 442 | × | |
| 本 | 8 | 2 | 4.5×10-4(450) | 磷酸盐 | 560 | 1/5 | ○ | 591 | ○ |
| 比 | 16 | 2 | *3×10-4(300) | 磷酸盐 | 560 | 4/5 | ○ | 588 | × |
| 本 | 9 | 2 | 4.5×10-4(450) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 589 | ◎ |
| 10 | 2 | 8×10-4(800) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 591 | ◎ | |
| 比 | 17 | 2 | *3×10-4(300) | 硼酸盐 | 560 | 4/5 | ○ | 580 | × |
| 本 | 11 | 0 | 6×10-4(600) | 硼酸眼+磷酸盐 | 560 | 2/5 | ○ | 580 | ○ |
| 12 | 2 | 6×10-4(600) | 硼酸眼+磷酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 584 | ◎ | |
| 比 | 18 | *5 | 6×10-4(600) | 硼酸眼+磷酸盐 | 560 | 0/5 | △ | 584 | △ |
(注)本：本发明例比：比较例
在“基底处理”中，硼酸盐：硼酸钾，磷酸盐：磷酸氢钠
*符号：表示超出本发明规定的范围
表2的“烧伤”和“退火残渣”栏中的结果的表示方法，与实施例1的情况相同。“拉伸强度”若为510MPa或510MPa以上，评价为良好。
再有，“综合评价”栏的符号的意思与实施例1的情况相同，如果是◎或者○符号，评价为良好。
如表2结果所表明的那样，在润滑油的S含量和粘度在本发明规定的“第1润滑油”的范围内，并且热处理温度在本发明规定的范围内，形成了硼酸或/和磷酸的碱金属盐覆膜时，(本发明例4～12)得到了良好的结果。
与此相反，在润滑油的S含量超出本发明规定的“第1润滑油”的范围时，即使形成了碱金属盐的覆膜，退火残渣也多(比较例8、10、13、14和18)，若退火温度高于本发明规定的温度，虽然退火残渣量少但拉伸强度变低了(比较例9和15)。
另外，润滑油的S含量在本发明规定的“第1润滑油”的范围内，即使形成了碱金属盐的覆膜，若退火温度高于本发明规定的温度，拉伸强度变低(比较例11)，在粘度低于本发明规定的范围时，产生了烧伤(比较例12、16和17)。
(实施例3)
使用本发明的第2润滑油和比较润滑油，把JIS G 3445(机械结构用碳素钢钢管)中规定的STKM13A作为供试验用材料，进行了冷拔。
作为冷拔的前期处理，进行了形成碱金属盐的覆膜的基底处理(包含不进行处理)和涂敷润滑油而形成2层结构的油润滑处理。具体地讲，与实施例1相同，将外径70.0mm×壁厚4.0mm的钢管冷拔成外径60.0mm×壁厚3.4mm。
冷拔后，在非氧化性的气氛炉内，每小时供给相当于炉容积2倍的量的含有2.1体积％CO的气体，并在560℃或者700℃温度进行20分钟的退火，得到冷拔钢管。
调查所得到的冷拔钢管中有无烧伤和退火残渣量，同时测量采取的实验片的拉伸强度。在表3表示油润滑处理的条件、退火条件和对冷拔钢管的评价结果。
再有，作为油润滑处理的条件，包括使用的润滑油的S含量和粘度，用于涂敷润滑油之前的基底处理的碱金属盐的种类和有无。
表3的“烧伤”和“退火残渣”栏的结果的表示方法，与实施例1的情况相同。并且，“拉伸强度”若为510MPa或510MPa以上，评价为良好。
再有“综合评价”栏的符号的意思与实施例1的情况相同，如果是◎符号或者○符号，评价为良好。
表3
| 润滑油的S含量(质量％) | 润滑油的粘度[m2/s(cSt)] | 基底处理 | 退火温度(℃) | 评价 | |||||
| 烧伤 | 退火残渣 | 拉伸强度(MPa) | 综合评价 | ||||||
| 本发明例 | 21 | 10 | 1×10-4(100) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 588 | ○ |
| 22 | 20 | 1×10-4(100) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 582 | ◎ | |
| 23 | 30 | 1×10-4(100) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 582 | ○ | |
| 24 | 20 | 1×10-4(100) | 磷酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 590 | ○ | |
| 25 | 20 | 1×10-4(100) | 硼酸眼+磷酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 579 | ○ | |
| 26 | 10 | 6×10-5(60) | 硼酸盐 | 560 | 1/5 | ○ | 580 | ○ | |
| 27 | 20 | 6×10-5(60) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 585 | ◎ | |
| 28 | 10 | 1.8×10-4(180) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 581 | ○ | |
| 29 | 20 | 1.8×10-4(180) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 591 | ○ | |
| 30 | 30 | 1.8×10-4(180) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 588 | ○ | |
| 31 | 10 | 6×10-5(60) | 磷酸盐 | 560 | 1/5 | ○ | 587 | ○ | |
| 32 | 30 | 1.8×10-4(180) | 磷酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 581 | ○ | |
| 33 | 10 | 6×10-5(60) | 硼酸眼+磷酸盐 | 560 | 1/5 | ○ | 585 | ○ | |
| 34 | 30 | 1.8×10-4(180) | 硼酸眼+磷酸盐 | 560 | 0/5 | ○ | 586 | ○ | |
| 比较例 | 35 | 10 | 6×10-5(60) | *无处理 | 560 | 5/5 | ○ | 588 | × |
| 36 | 30 | 1.8×10-4(180) | *无处理 | 560 | 4/5 | ○ | 580 | × | |
| 37 | *5 | 6×10-5(60) | 硼酸盐 | 560 | 5/5 | ○ | 579 | × | |
| 38 | *5 | 2×10-4(200) | 硼酸盐 | 560 | 3/5 | ○ | 582 | × | |
| 39 | *35 | 6×10-5(60) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | △ | 591 | △ | |
| 40 | *5 | *3×10-5(30) | 硼酸盐 | 560 | 5/5 | ○ | 587 | × | |
| 41 | 30 | *3×10-5(30) | 硼酸盐 | 560 | 4/5 | ○ | 583 | × | |
| 42 | 10 | *4×10-4(400) | 硼酸盐 | 560 | 0/5 | × | 588 | × | |
| 43 | 20 | 1×10-4(100) | 硼酸盐 | *700 | 0/5 | ○ | 455 | × | |
(注)在“基底处理”中，硼酸盐：硼酸钾，磷酸盐：磷酸氢钠
在“退火残渣”中，○：3g/m2或3g/m2以下，△：超过3g/m2、且小于等于5g/m2，×：超过5g/m2
*符号：表示超出本发明规定的范围
如表3的结果所表明的那样，由于本发明例21～34的任一例，基底处理都用硼酸或者磷酸的碱金属盐的覆膜形成，润滑油的S含量和粘度都在规定的“第2润滑油”的范围内，因此，烧伤的产生和退火残渣量减少，拉伸强度也在510MPa或510MPa以上，是良好的评价结果。
再有，确认到在本发明例中得到的冷拔钢管的内外表面的锈皮厚度，无论哪一个都小于等于10μm。
与此相反，在比较例35、36中，由于没有实施基底处理，烧伤的产生显著。在比较例37～42中，由于润滑油的S含量或/和润滑油的粘度超出本发明规定的“第2润滑油”的范围，因此，即使形成碱金属盐的覆膜，也多产生烧伤且退火残渣量增多。
再有，在比较例43中，由于退火温度高达700℃，因此不能确保拉伸强度。
产业上的可利用性
本发明的“第1润滑油”的S含量小于等于3质量％，粘度为5×10-4～1×10-3m2/s(400～1000cSt)，另外，“第2润滑油”的S含量是10～30质量％，粘度为5×10-5～2×10-4m2/s(50～200cSt)，在使用这些润滑油进行钢管的冷拔时，可以确保润滑性，同时可以把退火残渣减少到3g/m2或3g/m2以下。因此，可以提供最合适作为以汽车为首的各种机械结构构件的冷拔钢管。具体地讲，采用本发明的制造方法，可以提供即使冷拔后不研磨表面，也减少退火残渣和烧伤部分且确保高强度的冷拔钢管。
Claims (15)
1.一种冷拔用的润滑油，其特征在于，S含量小于等于3质量％，粘度为5×10-4～1×10-3m2/s(400～1000cSt)。
2.一种冷拔用的润滑覆膜，其特征在于，该润滑覆膜由形成于浸渍后的管坯内外表面上的硼酸的碱金属盐覆膜和涂敷在该覆膜表面上的、S含量小于等于3质量％、粘度为5×10-4～1×10-3m2/s(400～1000cSt)的润滑油构成。
3.根据权利要求2所述的冷拔用的润滑覆膜，其特征在于，在上述管坯的内外表面上形成有磷酸的碱金属盐覆膜。
4.根据权利要求2所述的冷拔用的润滑覆膜，其特征在于，在上述管坯的内外表面上形成有硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的覆膜。
5.一种冷拔钢管的制造方法，其特征在于，把管坯浸渍在含有硼酸的碱金属盐的水溶液中，在上述管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐覆膜，在其覆膜表面上涂敷S含量小于等于3质量％、粘度为5×10-4～1×10-3m2/s(400～1000cSt)的润滑油后进行冷拔，然后一边向炉内气氛供给含有CO的气体，一边在650℃或650℃以下的温度下实施退火。
6.一种冷拔钢管的制造方法，其特征在于，把管坯浸渍在含有磷酸的碱金属盐的水溶液中，在上述管坯的内外表面上形成磷酸的碱金属盐覆膜，在其覆膜表面上涂敷S含量小于等于3质量％、粘度为5×10-4～1×10-3m2/s(400～1000cSt)的润滑油后进行冷拔，然后一边向炉内气氛供给含有CO的气体，一边在650℃或650℃以下的温度下实施退火。
7.一种冷拔钢管的制造方法，其特征在于，把管坯浸渍在含有硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的水溶液中，在上述管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的覆膜，在其覆膜表面上涂敷S含量小于等于3质量％、粘度为5×10-4～1×10-3m2/s(400～1000cSt)的润滑油后进行冷拔，然后一边向炉内气氛供给含有CO的气体，一边在650℃或650℃以下的温度实施退火。
8.一种冷拔用的润滑油，其特征在于，S含量为10～30质量％，粘度为5×10-5～2×10-4m2/s(50～200cSt)。
9.一种冷拔用的润滑覆膜，其特征在于，该润滑覆膜由形成于被浸渍后的管坯内外表面上的硼酸的碱金属盐覆膜和涂敷在其覆膜表面上的、S含量为10～30质量％、粘度为5×10-5～2×10-4m2/s(50～200cSt)的润滑油构成。
10.根据权利要求9所述的冷拔用润滑覆膜，其特征在于，在上述管坯的内外表面上形成有磷酸的碱金属盐覆膜。
11.根据权利要求9所述的冷拔用润滑覆膜，其特征在于，在上述管坯的内外表面上形成有硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的覆膜。
12.一种冷拔钢管的制造方法，其特征在于，把管坯浸渍在含有硼酸的碱金属盐的水溶液中，在上述管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐覆膜，在其覆膜表面上涂敷S含量为10～30质量％、粘度为5×10-5～2×10-4m2/s(50～200cSt)的润滑油后进行冷拔，然后一边向炉内气氛供给含有CO的气体，一边在650℃或650℃以下的温度实施退火。
13.一种冷拔钢管的制造方法，其特征在于，把管坯浸渍在含有磷酸的碱金属盐的水溶液中，在上述管坯的内外表面上形成磷酸的碱金属盐覆膜，在其覆膜表面上涂敷S含量为10～30质量％、粘度为5×10-5～2×10-4m2/s(50～200cSt)的润滑油后进行冷拔，然后一边向炉内气氛供给含有CO的气体，一边在650℃或650℃以下的温度下实施退火。
14.一种冷拔钢管的制造方法，其特征在于，把管坯浸渍在含有硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的水溶液中，在上述管坯的内外表面上形成硼酸的碱金属盐和磷酸的碱金属盐的覆膜，在其覆膜表面上涂敷S含量为10～30质量％、粘度为5×10-5～2×10-4m2/s(50～200cSt)的润滑油后进行冷拔，然后一边向炉内气氛供给含有CO的气体，一边在650℃或650℃以下的温度实施退火。
15.根据权利要求5～7或者12～14中的任一项所述的冷拔钢管的制造方法，其特征在于，上述热处理后的冷拔钢管表面上的残渣为3g/m2或3g/m2以下。
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