JP2002338985A - 熱間粉体潤滑剤組成物 - Google Patents
熱間粉体潤滑剤組成物Info
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Abstract
長し、良質の安定した製品内面品質を得る。 【解決手段】 少なくとも表層部にCr層を有する熱間
工具を用いた熱間加工に使用する潤滑剤組成物である。
硼酸ナトリウムの無水塩が30〜80質量%、又は、硼
酸ナトリウムの5水塩又は10水塩の何れか一方が40
〜90質量%、又は、硼酸ナトリウムの無水塩、5水
塩、10水塩を2種以上混合したものをその混合割合に
応じて前記配合比から求めた範囲と、炭酸ナトリウムが
5〜30質量%と、炭酸カルシウム又は蛍石の1種以上
が1〜20質量%と、脂肪酸のNa塩又は脂肪酸のCa
塩の1種以上が5〜25質量%とからなる。 【効果】 潤滑性を損なうことなく良質の安定した製品
内面品質を得ることができ、表層のCr層の腐食損耗を
抑制できて熱間工具の寿命を延長することができるよう
になる。
Description
製造過程におけるマンドレルミル圧延において、少なく
とも表層部にCr層を有する熱間工具を用いた圧延時に
有効な熱間粉体潤滑剤組成物に関するものである。
の製造過程において、前工程で穿孔された1000〜1
300℃の中空素管にマンドレルバーを挿入し、数段の
孔型ロール(通常5〜8段)により所定の肉厚に圧延
し、引き伸ばす工程である。
(SKD6又は同等の鋼種)が使用され、その表面には
工具の寿命や焼付きを考慮して、熱処理によりいわゆる
スケール付けを施したスケール肌となされたり、Crめ
っきが施されている。
用いて中空素管が引き伸ばされる時、中空素管の内面と
マンドレルバー表面の間に相対滑りが生じるので、圧延
時、中空素管の内面やマンドレルバーの表面に潤滑剤が
塗布されるが、この潤滑剤のうち、マンドレルバーの表
面に塗布して使用される潤滑剤として、特開昭50−1
44868号のような黒鉛を主体としたいわゆる黒鉛系
潤滑剤や、特開昭64−16894号のような酸化物系
層状物質を主体とした非黒鉛系組成物が知られている。
る潤滑剤としては、特公平7−84667号のような潤
滑性を備えた酸洗い剤、特開平6−184573号のよ
うな黒鉛と炭酸ナトリウムの2成分系潤滑剤が知られて
いるが、これらは何れも表層部にCrめっき等のCr層
を有するマンドレルバーを想定したものではないので、
Cr層の摩耗抑制に対して劣り、工具すなわちマンドレ
ルバーの寿命が短くなる。
を想定した潤滑剤としては、特開平8−41474号の
ような金属炭酸塩、アルカリ金属カルボン酸塩を主体と
した潤滑剤、特開2000−226591号のようなア
ルカリ金属硼酸塩、鉄の酸化物を主体とした潤滑剤が知
られている。
されたものは、摩擦係数の低減と焼付き防止によって工
具寿命の延長を図るものであり、Crめっきの腐食摩耗
については全く考慮されていない。
案されたものは、腐食摩耗については考慮されているも
のの、積極的に腐食を抑制するものではない。特に硫酸
ナトリウムのように腐食を促進するような物質の配合は
Crめっきの腐食摩耗の要因となり、結果的に工具寿命
が短くなる。
面にCrめっきを施したマンドレルバー(以下、「Cr
めっきバー」という。)を使用したマンドレルミル圧延
では、マンドレルバーの寿命が非常に重要な要因とな
る。
めっきの剥離が生じ、製品内面に焼付き疵が発生して製
品不良をきたすからである。特に13%Cr鋼のような
高合金鋼のように圧延荷重の高い条件においては、前記
したような従来の潤滑剤ではCrめっきバーの寿命は十
分ではなく、安定した品質が得られない。
温条件下でのCrめっきの摩耗は、凝着摩耗(焼付きに
よる摩耗)、疲労摩耗(繰返し接触による材料内部の疲
労)、アブレシブ摩耗(凹凸部の噛み合いや引っかき、
或いは、研磨作用による摩耗)、及び、腐食摩耗の全て
の形態が考えられる。
の固体潤滑剤を摩擦面に介在させ、金属−金属接触を防
止することによって軽減することが可能である。また、
疲労摩耗に対しては、黒鉛等の固体潤滑剤や高温で流体
となる珪酸ナトリウム、粉末ガラス、硼酸ナトリウム等
を使用し、摩擦係数を小さくすることによって軽減する
ことが可能である。
管の内面に発生したスケールのような硬い物質が悪影響
を及ぼすことから、前記したような硬い物質を溶融する
物質を使用することが好ましい。また、スケールや砂の
ような硬い物質を配合しないことも重要である。しかし
ながら、スケールを素早く溶融するような物質は、反応
性が良いことから、Crめっきとも反応(腐食)するこ
とが考えられる。
覆われ、不働態化していて腐食し難い状態になっている
が、高温において硼酸ナトリウム等のように酸化金属を
溶融する物質と接触すると、Crめっき表面の酸化クロ
ムが溶融し、一種の腐食摩耗を引き起こす。このような
状況が圧延の都度繰返し発生するために、Crめっきが
摩耗することになる。しかしながら、従来は、このよう
な高温、高圧において、腐食摩耗が発生していることす
ら明らかにされていなかったので、当然にCr層の腐食
を防止することはできなかった。
来の問題点に鑑みてなされたものであり、少なくとも表
層部にCr層を有する熱間工具の寿命を延長し、良質の
安定した製品内面品質を得ることができる熱間粉体潤滑
剤組成物を提供することを目的としている。
ために、本発明に係る熱間粉体潤滑剤組成物は、硼酸ナ
トリウムの無水塩が30〜80質量%、或いは、硼酸ナ
トリウムの5水塩又は10水塩の何れか一方が40〜9
0質量%、或いは、硼酸ナトリウムの無水塩、5水塩、
10水塩を2種以上混合したものをその混合割合に応じ
て前記配合比から求めた範囲と、炭酸ナトリウムが5〜
30質量%と、炭酸カルシウム又は蛍石の1種以上が1
〜20質量%と、脂肪酸のNa塩又は脂肪酸のCa塩の
1種以上が5〜25質量%とからなることとし、望まし
くは、硼酸ナトリウムを除いたCaとNaの質量百分率
の比が1:0.5〜1:5の範囲であることとしてい
る。そして、このようにすることで、潤滑性を損なうこ
となく良質の安定した製品内面品質を得ることができ、
しかも、表層のCr層の腐食損耗を抑制できて熱間工具
の寿命を延長することができるようになる。
来の熱間粉体潤滑剤組成物にあった問題点に対し鋭意検
討の結果、少なくとも表層部にCr層を有する熱間工具
を用いた熱間加工において、潤滑性を損なうことなく良
質の安定した製品内面品質を得ることができ、しかも、
表層部のCr層の腐食損耗を抑制できて熱間工具の寿命
を延長することができる熱間粉体潤滑剤組成物を発明し
た。
成物は、少なくとも表層部にCr層を有する熱間工具を
用いた熱間加工において使用する潤滑剤組成物であっ
て、硼酸ナトリウムの無水塩が30〜80質量%、或い
は、硼酸ナトリウムの5水塩又は10水塩の何れか一方
が40〜90質量%、或いは、硼酸ナトリウムの無水
塩、5水塩、10水塩を2種以上混合したものをその混
合割合に応じて前記配合比から求めた範囲と、炭酸ナト
リウムが5〜30質量%と、炭酸カルシウム又は蛍石の
1種以上が1〜20質量%と、脂肪酸のNa塩又は脂肪
酸のCa塩の1種以上が5〜25質量%とからなるもの
であり、必要に応じて、硼酸ナトリウムを除いたCaと
Naの質量百分率の比を1:0.5〜1:5の範囲とす
る。
すれば、少なくとも表層部にCr層を有する熱間工具を
用いた熱間加工において、1000〜1300℃といっ
た高温の熱間加工面に付着した場合には、瞬時に溶融し
て加工面に発生したスケールをも融解しながら液体状に
なって加工面に広がる。この際、継目無管の製造におい
ては、中空素管の回転によってより一層均一に広がるこ
とになり、潤滑性を損なうことなく良質の安定した製品
内面品質を得ることができる。しかも、表層のCr層の
腐食損耗を抑制できて熱間工具の寿命を延長することが
できるようになる。
て、硼酸ナトリウムは流体潤滑性とスケール溶解性のた
めに配合するものである。しかしながら、硼酸ナトリウ
ムの無水塩を1種使用する場合に30質量%未満の場合
や、硼酸ナトリウムの5水塩又は10水塩の何れか一方
を1種使用する場合は40質量%未満の場合には、他成
分が多くなり、流体潤滑性、スケール溶解性が損なわれ
る。また、硼酸ナトリウムの無水塩を1種使用する場合
に80質量%を超えた場合や、硼酸ナトリウムの5水塩
又は10水塩の何れか一方を1種使用する場合に90質
量%を超えた場合には、他成分が少なくなり、粉体時の
固化性または流動性が損なわれたり、高温流動性が悪化
するばかりか、Crめっきの腐食摩耗が抑制できなくな
る。
水塩を1種使用する場合には30〜80質量%と、ま
た、硼酸ナトリウムの5水塩又は10水塩の何れか一方
を1種使用する場合には40〜90質量%とした。本発
明者らの実験・研究によれば、硼酸ナトリウムの無水塩
を1種使用する場合は40〜70質量%配合した場合
に、また、硼酸ナトリウムの5水塩又は10水塩の何れ
か一方を1種使用する場合は50〜80質量%配合した
場合により好ましい結果が得られた。
ては、硼酸ナトリウムの無水塩、5水塩、10水塩を2
種以上混合したものを使用しても良いが、その場合はそ
の混合割合に応じて前記した配合比から求めた範囲とす
る。
において、炭酸ナトリウムは高温流動性を良くするため
に配合される。しかしながら、炭酸ナトリウム配合比が
5質量%未満では粘性を充分に低くすることができず、
流動性が悪化する。また、30質量%を超えた場合に
は、粘性が低くなりすぎて潤滑性が悪化するばかりか、
Crめっきの腐食摩耗を抑制できなくなる。従って、本
発明では炭酸ナトリウムを5〜30質量%配合すること
にした。本発明者らの実験・研究によれば、10〜20
質量%の場合により好ましい結果が得られた。
において、炭酸カルシウムや蛍石はCr層の腐食摩耗を
防止するために配合するものである。炭酸カルシウムや
蛍石は、潤滑性を損なうことなくスケール(酸化鉄)と
同様の作用を示すからである。しかしながら、配合量が
1質量%未満では、Cr層の腐食摩耗を抑制できなくな
る。また、20質量%を超えると粘性が大きくなり、広
がり性が悪化して加工面に均一に付着させることができ
なくなる。そこで、本発明では、炭酸カルシウム又は蛍
石の1種以上を1〜20質量%とした。本発明者らの実
験・研究によれば、3〜15質量%配合した場合に、よ
り好ましい結果が得られた。
の含有量が70質量%以上であれば使用可能で、80質
量%以上含有されていることが好ましい。CaF2 がこ
の含有量より少ないと上記した作用を得られなくなるか
らである。
の圧延においては、被圧延材が普通鋼の場合はCrめっ
きバーは比較的摩耗し難いが、被圧延材がステンレス鋼
のようなスケールを発生し難い材料の場合にはCrめっ
きバーの摩耗は激しくなる。
が摩耗し難いのは、ステンレス鋼(含む13Cr鋼)等
を圧延する場合と比較して圧延時の負荷が軽いこともあ
るが、被圧延材が普通鋼の場合にはCrめっき表層の酸
化クロムを腐食し難くなるためと考えられる。
を溶融する硼酸ナトリウムは、マンドレルバーに接触す
る前に素管内に投入され、スケールすなわち酸化鉄を溶
融する。この現象によって硼酸ナトリウムは酸化クロム
を溶融する性質が劣化するものと考えられる。
ようにスケールを発生しない材料では、硼酸ナトリウム
は中空素管内に投入されたほぼそのままの状態であるか
ら、酸化クロムを溶融する性質は劣化していない。この
ことから、被圧延材が普通鋼の場合でも硼酸ナトリウム
が過剰な場合は当然に酸化クロムを溶融する性質を備え
ていることになる。
において、脂肪酸のNa塩や脂肪酸のCa塩は、粉体時
の潤滑剤の良好な性質を保持するために必須である。し
かしながら、その配合量が5質量%未満では搬送時の流
動性が悪化するばかりか、固化してしまう。また、25
質量%を超えた場合には、他の有効成分が少なくなって
本発明の目的を達成できなくなる。そこで、本発明では
5〜25質量%とした。本発明者らの実験・研究によれ
ば、8〜20質量%配合した場合に、より好ましい結果
が得られた。
て、使用可能な脂肪酸のNa塩またはCa塩としてはス
テアリン酸、パルミチン酸等の飽和脂肪酸の塩、或い
は、天然の植物油脂から得られる脂肪酸、例えばパーム
油脂肪酸、パーム核油の脂肪酸及び動物油脂から得られ
る脂肪酸、例えば牛脂脂肪酸等の塩が挙げられる。
酸のCa塩は、高温の加工面に付着した時に、燃焼又は
分解ガスにより潤滑剤の分散性をより良好ならしめ、最
終的にはNa2 O及びCaOになり、Na2 Oは炭酸ナ
トリウムと同様の作用、CaOは炭酸カルシウムと同様
の作用を示す。
物においては、各素材の配合量は上記した範囲内におい
て潤滑剤の粉体時の性質と高温時の性質を考慮し、適宜
決定することになる。このことは、脂肪酸のNa塩と脂
肪酸のCa塩の配合比も同様である。
に粉体温度が50℃以上に上昇すると、結晶水を放出す
るため、脂肪酸のNa塩が多量に配合されていると、固
化する傾向がある。また、脂肪酸のCa塩を多量に使用
した場合は、炭酸カルシウムの配合量を調整し、硼酸ナ
トリウムを除いたCaとNaの質量比を1:0.5〜
1:5の範囲にすることが望ましい。Caが1に対して
Naが0.5より少なすぎると、広がり性が悪化するか
らである。また、Caが1に対してNaが5より多すぎ
るとCr層の腐食を防止できないからである。
る。 (実施例1)下記の表1に本発明品の組成を、表2に本
発明品の比較品の組成を、表3に従来例(従来例1〜3
は特開2000−226591の組成物、従来例4〜6
は特開平6−184573号の組成物)の組成を示す。
記の通りである。 硼酸ナトリウム無水塩:平均粒径 約0.6mm、純度
98%以上 硼酸ナトリウム5水塩:平均粒径 約0.4mm、純度
98%以上 硼酸ナトリウム10水塩:平均粒径 約0.3mm、純
度 98%以上 炭酸ナトリウム:平均粒径 約0.3mm、純度 約9
9% 炭酸カルシウム:平均粒径 約0.1mm、純度 約9
8% 蛍石:平均粒径 約0.2mm、純度 約92%(Ca
F2 として) 脂肪酸のNa塩(牛脂脂肪酸のNa塩):平均粒径 約
0.3mm、純度 約95% 脂肪酸のCa塩(ステアリン酸のCa塩):平均粒径
約0.4mm、純度 約97%
剤組成物の評価結果を下記の表4に示したが、表1に示
した本発明の実施例は、何れのものも表2に示した比較
例や表3に示した従来例と比べて粉体時の性質(粉体固
化性、粉体流動性)、摩擦係数、Crめっき腐食摩耗が
共に優れていることが判る。
rめっき腐食摩耗は下記の方法により調査した結果であ
る。 1)粉体の貯蔵時における固化性 ペトリ皿に試料を50g量り、60℃の恒温槽で24時
間静置した後に固化の状態を観察した。評価は、全く固
化していなかったものを◎、少し固化していたものを
○、固化していたものを×とした。
角が38度未満であったものを◎、安息角が38〜42
度未満であったものを○、安息角が42〜46度未満で
あったものを△、安息角が46度以上であったものを×
とした。
m×5mmの試片(SS400とSUS304)を入れ
て15分間加熱した後、この試片上に0.2gの試料を
載せて30°傾け、30秒間保持した後電気炉より取り
出し、流動性を観察した。評価は、非常に良く広がった
ものを◎、広がったものを○、やや流れたものを△、広
がらなかったもの、又は、流れすぎたものを×とした。
m リング加熱温度:1100℃ ダイス材質:SKD−61 目標圧縮率:55%
/m2 )。 加熱したリング試片に試料を塗布し、プレス機により
圧縮する。 摩擦係数の計算:ΔD=mln(μ/0.055) lnm=(0.044×圧縮率)+1.06 但し、μは摩擦係数、ΔDは内径変化率、mは圧縮率よ
り求められる変数を示す。評価は、μが0.06未満の
ものを◎、μが0.06〜0.08未満のものを○、μ
が0.08〜0.10未満のものを△、μが0.10以
上のものを×とした。
S400製及びSUS304製の試料を1050℃に加
熱し、この試料の表面に潤滑剤を塗布した後に0〜20
0rpmの回転数で回転させ、これに50μmの厚さに
Crめっきした外径が50mm、長さが60mmの工具
を、980Nの荷重で10分間ずつ10回押し付けるこ
とで摩擦を与えて評価した。評価は、残存めっき厚さが
50〜36μmのものを◎、35〜21μmのものを
○、20〜10μmのものを△、10μm未満のものを
×とした。
とCrめっき腐食摩耗状況を評価した潤滑剤のうち、本
発明の実施例を3種類と、比較例を2種類と、従来例を
3種類を実際のマンドレルミル圧延ラインで使用し、潤
滑性能とCrめっき腐食摩耗状況を調査した。その結果
を下記表5に示すが、表5より明らかなように、実機に
適用した場合にも、本発明の実施例は比較例や従来例と
比べて、摩擦係数、内面品質、Crめっき腐食摩耗状況
共に優れていることが判る。
りである。 圧延装置:5スタンドフルリトラクトマンドレルミル 被圧延材:13%Cr鋼 被圧延材の圧延前温度:1150℃
法:外径330mm、肉厚23mm、長さ6000mm マンドレルミル圧延後の寸法:外径276mm、肉厚1
3mm、長さ12000mm マンドレルバー:外径248mm、長さ:24000m
m 材質:SKD6、表面:Crめっき(厚さ50μm) バーの表面には黒鉛系潤滑剤を塗布、乾燥させている。
品質、Crめっき腐食摩耗状況は下記により評価した結
果である。 1)摩擦係数 摩擦係数はマンドレルバーのリテインド力を各スタンド
荷重の和で除した値で評価した。評価は、上記値が0.
03以下のものを◎、0.031〜0.04のものを
○、0.041〜0.05のものを△、0.051以上
のものを×とした。
生率で評価した。評価は、上記発生率が0.5%以下の
ものを◎、0.5〜1.0%のものを○、1.0〜2.
0%のものを△、2.0%以上のものを×とした。
の残存めっき厚さで評価した。評価は、上記残存めっき
厚さが41μm以上のものを◎、30〜40μmのもの
を○、20〜30μmのものを△、20μm以下のもの
を×とした。
粉体潤滑剤組成物をマンドレルミル圧延に適用したもの
について説明したが、本発明にかかる熱間粉体潤滑剤組
成物はマンドレルミル圧延に限らず、他の継目無管製造
時のプラグ等に塗布して使用することは勿論のこと、棒
鋼、条鋼、線材の熱間圧延時や他の熱間加工時にも適用
可能であることは言うまでもない。
粉体潤滑剤組成物は、少なくとも表層部にCr層を有す
る熱間工具を用いた熱間加工において、高温の熱間加工
面に付着した場合には、瞬時に溶融して加工面に発生し
たスケールをも融解しながら液体状になって加工面に広
がるので、潤滑性を損なうことなく良質の安定した製品
内面品質を得ることができる。しかも、表層のCr層の
腐食損耗を抑制できて熱間工具の寿命を延長することが
できるようになる。
Claims (2)
- 【請求項1】 少なくとも表層部にCr層を有する熱間
工具を用いた熱間加工において使用する潤滑剤組成物で
あって、 硼酸ナトリウムの無水塩が30〜80質量%、或いは、
硼酸ナトリウムの5水塩又は10水塩の何れか一方が4
0〜90質量%、或いは、硼酸ナトリウムの無水塩、5
水塩、10水塩を2種以上混合したものをその混合割合
に応じて前記配合比から求めた範囲と、 炭酸ナトリウムが5〜30質量%と、 炭酸カルシウム又は蛍石の1種以上が1〜20質量%
と、 脂肪酸のNa塩又は脂肪酸のCa塩の1種以上が5〜2
5質量%とからなることを特徴とする熱間粉体潤滑剤組
成物。 - 【請求項2】 硼酸ナトリウムを除いたCaとNaの質
量百分率の比が1:0.5〜1:5の範囲であることを
特徴とする請求項1記載の熱間粉体潤滑剤組成物。
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