JP2004269767A - 高温塑性加工用潤滑剤及び高温塑性加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼材又は非鉄金属材料の熱間圧延、熱間鍛造、熱間ダイス加工、熱間プレス加工等の高温塑性加工において、工具と材料の双方あるいは、片方に、直接噴霧又は塗布又は、エアースプレー方式、ウオーターインジェクション方式等によって給油された場合、潤滑性不足を原因とする工具の肌あれや摩耗を起こさない又は起こしにくい高温塑性加工用潤滑剤、及びこれを使用した高温塑性加工方法を提供すること。
【解決手段】チオ硫酸塩を含有することを特徴とする高温塑性加工用潤滑剤、及びこれを使用した高温塑性加工方法。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材や非鉄金属材料等の高温塑性加工用潤滑剤及び高温塑性加工方法に関し、さらに詳細には、高温塑性加工に際し、工具表面への鋼材等の焼付や、工具表面の摩耗、肌荒れ等を防止する高温塑性加工用潤滑剤及び高温塑性加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、炭素鋼やステンレス鋼等の鋼材やアルミやチタン等の非鉄金属材料の熱間や温間での、圧延、鍛造、ダイス加工、プレス加工等の高温塑性加工では、工具の保護の為、高温塑性加工用潤滑剤が使用され効果をおさめている。このような潤滑剤としては、硫化油脂、硫化オレフィン、ジンクジアルキルジチオホスフェート、リン酸エステル等の極圧潤滑剤、鉱油、油脂、油脂重合体、合成エステル等の油性向上剤、メタクリレートコポリマーやブチレンブタジエン共重合体等の付着性向上剤兼流動点降下剤等の少なくとも１種を含むもの、これに必要によりジターシャリブチルクレゾールやアルファナフチルアミン等の酸化防止剤を加えたものが一般に用いられている。具体例としては、リノール酸あるいはリシノレイン酸の２分子または３分子重合体を主成分とし、残部がリノール酸あるいはリシノレイン酸の単量体からなる組成物に油脂を混合せしめてなる熱間圧延用潤滑剤（例えば、特許文献１参照）があげられる。
【０００３】
前記の高温塑性加工では、鋼材や非鉄金属材料の温度は、５００〜１２００℃の領域で行われる。この様な温度では、上記の極圧添加剤や、油性向上剤では、酸化や熱分解が起こり、潤滑面で十分な効果を発揮できない。この為、高温塑性加工では低温での塑性加工に比べ、十分な効果を得る事が難しいことが多い。
この問題を、解決するために、固体潤滑剤を含有する潤滑剤が開発されている。具体例としては、炭酸カルシウム粉末の水分散液を含む鋼材熱間圧延潤滑剤（例えば、特許文献２参照）、基油中に表面処理を行った炭酸カルシウムを分散した鋼材用の熱間圧延潤滑剤（例えば、特許文献３参照）、炭酸カルシウムにポリイソブチレンまたはポリブテンと重合乾性油または半重合乾性油とを添加共存させた鋼の熱間圧延用潤滑剤組成物（例えば、特許文献４参照）、基油または水を分散媒とし、有機樹脂を加えた熱間圧延用潤滑剤（例えば、特許文献５参照）酸化鉄、ベントン、カルシウム石けん等からなる熱間圧延用潤滑油組成物（例えば、特許文献６参照）、炭酸カルシウム及び酸化鉄粒子をを含有する高温塑性加工用潤滑剤（例えば、特許文献７参照）、チタンまたはアルミニウム系の表面処理を行った固体潤滑剤を含む高温塑性加工用潤滑剤（例えば、特許文献８参照）、膨潤性を有する雲母と水を主成分とする潤滑剤を圧延ロールの噛み込み前に材料表面に供給して圧延することを特徴とする方法（例えば、特許文献９参照）等があるが、その効果は依然として十分であるとはいえない。
【０００４】
【特許文献１】特公昭４８−７９２１１号公報
【特許文献２】特公昭６２−３９１９８号公報
【特許文献３】特公昭６２−３９１９９号公報
【特許文献４】特公昭６２−１４５９８号公報
【特許文献５】特公平５−２９５３８７号公報
【特許文献６】特公平６−１７９８８９号公報
【特許文献７】特公平６−２３４９９１号公報
【特許文献８】特公平１０−２５９３９２号公報
【特許文献９】特許第２８９８５２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、鋼材又は非鉄金属材料の熱間圧延、熱間鍛造、熱間ダイス加工、熱間プレス加工等の高温塑性加工において、工具と材料の双方あるいは、片方に、直接噴霧又は塗布又は、エアースプレー方式、ウオーターインジェクション方式等によって給油された場合、潤滑性不足を原因とする工具の肌あれや摩耗を起こさない又は起こしにくい高温塑性加工用潤滑剤を提供することである。
本発明の他の目的は、上記高温塑性加工用潤滑剤を使用した高温塑性加工方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の高温塑性加工用潤滑剤、及びこれを使用した高温塑性加工方法を提供するものである。
１．チオ硫酸塩を含有することを特徴とする高温塑性加工用潤滑剤。
２．基油又はグリースに、チオ硫酸塩を分散させてなる上記１記載の高温塑性加工用潤滑剤。
３．水に、チオ硫酸塩を溶解又は分散させてなる上記１記載の高温塑性加工用潤滑剤。
４．チオ硫酸塩が、チオ硫酸の金属塩、アンモニウム塩及びアミン塩からなる群から選ばれる上記１〜３のいずれか１項記載の高温塑性加工用潤滑剤。
５．チオ硫酸の金属塩が、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸バリウム、チオ硫酸カルシウム、チオ硫酸マグネシウム及びチオ硫酸鉄からなる群から選ばれる上記４記載の高温塑性加工用潤滑剤。
６．チオ硫酸塩が、無水物又は水和物である上記１〜５のいずれか１項記載の高温塑性加工用潤滑剤。
７．熱間圧延潤滑剤である上記１〜６のいずれか１項記載の高温塑性加工用潤滑剤。
８．上記１〜７のいずれか１項記載の高温塑性加工用潤滑剤を、工具表面に給油して、工具表面の焼き付き、摩耗、肌荒れを防止することを特徴とする鋼材又は非鉄金属材料の高温塑性加工方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、「高温塑性加工」とは、４００℃以上、好ましくは５００℃以上１２００℃以下の温度で行われる、炭素鋼やステンレス鋼等の鋼材やアルミやチタン等の非鉄金属材料の熱間や温間での、圧延、鍛造、ダイス加工、プレス加工等の高温塑性加工を意味する。
本発明の高温塑性加工用潤滑剤は、基材にチオ硫酸塩を分散又は溶解したものであり、基材としては基油、基グリース、水が使用できる。本発明の高温塑性加工用潤滑剤は、チオ硫酸塩を基油又はグリースに分散した不水溶性の形態、あるいは、水にチオ硫酸塩を溶解又は分散したチオ硫酸塩水溶液又は分散液の形態のいずれでも使用できる。
【０００８】
まずチオ硫酸塩粒子を基油又は基グリースに分散した不水溶性の形態について説明する。
上記基油としては、鉱油（スピンドル油、マシン油、シリンダー油等）、合成エステル（脂肪酸オクチルエステル、トリメチロールプロパン脂肪酸エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステル等）、油脂（なたね油、牛脂、豚脂等）、重合油脂（大豆重合油、なたね重合油、ヒマシ重合油等）等が挙げられる。これらは単独であるいは２種類以上混合して使用できる。これらの基油は、いずれもロールと潤滑剤の間に潤滑膜を形成し、摩擦係数を下げ、工具の肌荒れや、焼き付きを抑制する働きがある。
【０００９】
上記基グリースとしては、上記基油、特に鉱油、ジオクチルセバケートやペンタエリスリトールラウリン酸テトラエステル等の合成油等に、リチウム石けんや、アルミニウム石けん等の金属石けん系増ちょう剤、ポリウレアや有機ベントナイト等の非石けん系増ちょう剤を含有させたものが望ましい。これらの基グリースは、いずれもロールと潤滑剤の間に潤滑膜を形成し、摩擦係数を下げ、工具の肌荒れや、焼き付きを抑制する働きがある。
【００１０】
この基油及び／又は基グリースを本発明の潤滑剤に添加する場合、潤滑剤中好ましくは１０．０質量％以上であり、より好ましくは１０．０〜９９．０質量％である。
【００１１】
本発明に使用するチオ硫酸塩としては、チオ硫酸の金属塩、アンモニウム塩、アミン塩、特にアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、鉄族金属塩、アンモニウム塩等が挙げられ、具体例としては、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸アンモニウム、チオ硫酸バリウム、チオ硫酸カルシウム、チオ硫酸マグネシウム、チオ硫酸鉄等が挙げられる。これらのチオ硫酸塩はいずれも粉末ないし粒子である。本発明に使用するチオ硫酸塩は無水物でも水和物でもよく、単独でも、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明に使用するチオ硫酸塩の粒径は、好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下の微粉であることが望ましい。その理由は、潤滑剤に添加分散する際、粒径が小さい程、安定に分散することが可能になるからである。
【００１２】
以下、チオ硫酸ナトリウム５水塩を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明に使用するチオ硫酸ナトリウム５水塩は、俗にハイポと略称されている公知物質である。一般に、水酸化ナトリウムの水溶液にイオウ華を加えて熱し、五硫化ナトリウムの溶液を作り、これを冷却したのち硫化物の反応がなくなるまで亜硫酸水素ナトリウムの水溶液を加え、ロ過した溶液を冷却すると五水塩の結晶が得られる。この結晶をボールミル等の粉砕機を用い、粉砕するとチオ硫酸ナトリウム５水塩の粒子が得られる。このチオ硫酸ナトリウム５水塩の粒径は、先に説明したように粒径２０μｍ以下の微粉であることが望ましい。
【００１３】
基油又は基グリースを基材とする本発明の潤滑剤中のチオ硫酸塩の含有量は、好ましくは１質量％以上、さらに好ましくは３質量％以上である。１質量％未満の場合は、添加による効果が十分に発現しない場合がある。又、上限は特に制限されないが、通常は５０質量％以下で十分である。
【００１４】
基油又は基グリースを基材とする本発明の潤滑剤には、潤滑油に一般に使用されている添加剤を加えることによって、より潤滑性を向上させることが可能である。このような添加剤の具体例としては、極圧剤（ジンクジアルキルジチオホスフェート、モリブテンカーバメート、オクチル酸コバルト等の亜鉛、モリブデン、コバルト等を含有する油溶性有機金属化合物、硫化油脂、ジドデシルポリサルファイド等の硫黄系化合物、リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性リン酸エステル等のリン化合物、高塩基性カルシウムスルホネート、高塩基性カルシウムサリシレート等の高塩基性有機酸塩化合物）、粘度指数向上剤（ポリイソブチレン、ポリメタクリレート等）、酸化防止剤（フェニルアルファナフチルアミン、ジターシャリブチルフェノール等）、固体潤滑剤（黒鉛、ガラス、窒化ホウ素、雲母、二硫化モリブデン、酸化鉄、フッ素化黒鉛、炭酸カルシウム、ケイ酸塩、リン酸カリウム、ポリフェニレンスルファイド、タルク、セリサイト、炭水化物等）が挙げられる。これらの１種又は２種以上を添加分散し、使用する。これらの添加剤の使用量は特に制限されないが通常、潤滑剤中１〜３０質量％である。
【００１５】
次に、チオ硫酸塩を水に溶解又は分散したチオ硫酸塩水溶液又は分散液の形態について説明する。水を基材とする本発明の潤滑剤において、チオ硫酸塩は水に対して好ましくは１質量％以上、さらに好ましくは３質量％以上溶解又は分散することが望ましい。１質量％未満の場合は、添加による効果が十分に発現しない場合がある。又、上限は特に制限されないが、通常は４０質量％以下で十分である。
水を基材とする本発明の潤滑剤には、潤滑油に一般に使用されている添加剤を加えることによって、より潤滑性を向上させることが可能である。このような添加剤の具体例としては、水溶性潤滑性向上剤（フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、アジピン酸のナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等の芳香族カルボン酸塩；ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリル酸のトリエタノールアミン塩又はナトリウム塩、イソブチレン／マレイン酸共重合体、アクリル酸／マレイン酸共重合体、メチルビニルエーテル／マレイン酸共重合体、スチレン／マレイン酸共重合体、上記共重合体の部分エステル化物のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、トリエタノールアミン塩、又はイミド化変性体）、固体潤滑剤（黒鉛、ガラス、窒化ホウ素、雲母、二硫化モリブデン、酸化鉄、フッ素化黒鉛、炭酸カルシウム、ケイ酸塩、リン酸カリウム、ポリフェニレンサルファイド、タルク、セリサイト、炭水化物）が挙げられる。具体的にはこれらの１種又は２種以上を添加し、使用する。これらの添加剤の使用量は特に制限されないが通常、潤滑剤中１〜３０質量％である。
【００１６】
本発明の高温塑性加工方法は、本発明の潤滑剤を、一般に潤滑剤ポンプとして使用される、ギヤー方式や、プランジャー方式のポンプによって、ロール材料の双方あるいは、片方にエアースプレーや、ウオーターインジェクション方式によって給油するものであり、これにより、鋼材等の高温塑性加工、例えば、熱間圧延時のロールの焼き付きや、摩耗や、肌荒れを防止ないし軽減することができる。給油量は０．０１〜１．０Ｌ／分程度が適当である。
また、水を基材とする本発明の潤滑剤は、予め工具に噴霧又は塗布した後、乾燥し、塑性加工を行うこともできる。さらに、水を基材とする本発明の潤滑剤は、予め高濃度のものを作製しておき、使用前に所望の濃度に水で希釈して給油することもできる。
【００１７】
基油又は基グリースを基材とする本発明の潤滑剤は、撹拌機を有するステンレス製加熱釜に、基油及び／又は基グリース及びチオ硫酸塩を入れ、さらに必要により、極圧剤、粘度指数向上剤、酸化防止剤、固体潤滑剤、チタン系及び／又はアルミニウム系表面処理剤で表面処理した固体潤滑剤、潤滑油添加剤等を、所望の重量比率で加え、５０〜８０℃で３０分〜２時間攪拌することにより容易に製造できる。
水を基材とする本発明の潤滑剤は、撹拌機を有するステンレス製加熱釜に、水及びチオ硫酸塩を入れ、さらに必要により、水溶性潤滑性向上剤、固体潤滑剤、チタン系及び／又はアルミニウム系表面処理剤で表面処理した固体潤滑剤、潤滑油添加剤等を、所望の重量比率で加え、５０〜８０℃で３０分〜２時間攪拌することにより容易に製造できる。
【００１８】
実施例
本発明を、鋼材の熱間圧延を例として、以下実施例により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
撹拌機を有するステンレス製加熱釜に、表１〜６に示すチオ硫酸塩、基油、基グリース、水を、表１〜６に示す重量比率で投入し、６０℃で１〜２時間攪拌し、実施例１〜３４、比較例１〜２の潤滑剤を製造した。
この潤滑剤を、２重式熱間圧延機のロール表面にギヤーポンプを用いたエアースプレー方式による潤滑剤給油設備を用い、以下に示す熱間圧延条件及び潤滑剤給油量で給油した。
【００１９】

【００２０】
【発明の効果】
本発明の潤滑剤は、特に鋼材の熱間圧延加工において、従来の熱間圧延潤滑剤に比べ、工具の焼き付き、摩耗や、肌あれの防止、抑制に効果がある。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
【表３】

【００２４】
【表４】

【００２５】
【表５】

【００２６】
【表６】

【００２７】
基油１：鉱油（ＩＳＯ ＶＧ４６）
基油２：トリメチロールプロパントリオレート
基油３：なたね油
基グリース１：基油に鉱油を用いたリチウム石けんグリース（増ちょう剤リチウム石けんを３質量％含有）ＮＬＧＩちょう度Ｎｏ． ０
基グリース２：基油に鉱油を用いたアルミニウム石けんグリース（増ちょう剤アルミニウム石けんを１１質量％含有）ＮＬＧＩちょう度Ｎｏ． ３
基グリース３：基油に鉱油を用いた有機ベントナイトグリース（増ちょう剤有機ベントナイトを４質量％含有）ＮＬＧＩちょう度Ｎｏ． ０
潤滑性向上剤１：イソブチレン／マレイン酸共重合体ナトリウム塩
潤滑性向上剤２：アクリル酸／マレイン酸共重合体部分エチルエステル化物アンモニウム塩
潤滑性向上剤３：ポリアクリル酸トリエタノールアミン塩
潤滑性向上剤４：アジピン酸アンモニウム
極圧剤（ＺｎＤＴＰ）：ジンクジアルキルジチオホスフェート
潤滑剤のちょう度グレードＮｏ．は２５℃におけるものである。
潤滑剤の粘度は４０℃におけるものである（単位はｍｍ^２／ｓ）。
【００２８】

Claims (8)

1. チオ硫酸塩を含有することを特徴とする高温塑性加工用潤滑剤。
2. 基油又は基グリースに、チオ硫酸塩を分散させてなる請求項１記載の高温塑性加工用潤滑剤。
3. 水に、チオ硫酸塩を溶解又は分散させてなる請求項１記載の高温塑性加工用潤滑剤。
4. チオ硫酸塩が、チオ硫酸の金属塩、アンモニウム塩及びアミン塩からなる群から選ばれる請求項１〜３のいずれか１項記載の高温塑性加工用潤滑剤。
5. チオ硫酸の金属塩が、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸バリウム、チオ硫酸カルシウム、チオ硫酸マグネシウム及びチオ硫酸鉄からなる群から選ばれる請求項４記載の高温塑性加工用潤滑剤。
6. チオ硫酸塩が、無水物又は水和物である請求項１〜５のいずれか１項記載の高温塑性加工用潤滑剤。
7. 熱間圧延潤滑剤である請求項１〜６のいずれか１項記載の高温塑性加工用潤滑剤。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の高温塑性加工用潤滑剤を、工具表面に給油して、工具表面の焼き付き、摩耗、肌荒れを防止することを特徴とする鋼材又は非鉄金属材料の高温塑性加工方法。