JP2006335823A - 温間熱間鍛造用潤滑剤及び鍛造加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 固体潤滑剤及び基油を油中及び水中へ乳化分散させたタイプの温間熱間鍛造用潤滑剤の潤滑性を向上させること。
【解決手段】 （ａ）基油、（ｂ）固体潤滑剤及び（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び不飽和脂肪酸重合物アミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする温間熱間鍛造用潤滑剤。

Description

本発明は、温間熱間鍛造用潤滑剤及びこれを用いた温間又は熱間鍛造加工方法に関し、更に詳細には、炭素鋼、合金鋼、非鉄金属等を温間、熱間にて鍛造加工する際に使用される潤滑剤の中で、主に固体潤滑剤（Ｓ）を基油（Ｏ）中に分散したもの、及びそれを界面活性剤にて水（Ｗ）中に乳化分散させた水中分散型（所謂Ｓ／Ｏ／Ｗ型）温間熱間鍛造用潤滑剤及びこれを用いた温間又は熱間鍛造加工方法に関する。鍛造加工時に金型へ給油し、加工時の金型と被加工物間の摩擦を低減させ、焼き付き防止や離型性の向上を図ることを目的とする。

従来、炭素鋼、合金鋼、非鉄金属等を温間、熱間にて鍛造加工する際に使用される潤滑剤として、黒鉛を油又は水中に分散させたものがある。このような黒鉛を主成分とした潤滑剤は作業環境を汚す事より、黒鉛を使わない所謂白色系潤滑剤が一部で使用されている。しかし、白色系潤滑剤は潤滑性（特に金型寿命）の点で、黒鉛系に較べ劣るものが多い。温間熱間鍛造用潤滑剤は、固体潤滑剤を油中に分散した油中分散型と水中に分散した水分散型に大別される。油中分散型は潤滑性が良く、金型の寿命の点でも満足できるが、火災や発煙の問題がある。一方、水分散型は、冷却性に優れ、金型の寿命の点でも満足した結果を得ている場合もある。しかし、潤滑性に乏しい為、鍛造加工可能な部品が限られている。
また、特許文献１にはダイマー酸、トリマー酸又はそれらの金属塩等が記載されており、特許文献２〜５には、固体潤滑剤（Ｓ）を、油（Ｏ）中へ分散させ、該分散物（Ｓ／Ｏ）を界面活性剤にて水中に分散してなる、Ｓ／Ｏ／Ｗ型潤滑剤が記載されている。この潤滑剤は油中分散型と水中分散型のおのおのの良好な特性を兼ね備えたタイプであり、特に油中分散型を使用している分野へ拡大されようとしている。

特開２００４−３５９７２７ 特開昭６３−３３４９６ 特開平３−１１５３９８ 特開平１０−３１６９８９ 特開２００２−２９４２７２

本発明の目的は潤滑性が良好な温間熱間鍛造用潤滑剤を提供することである。
本発明の他の目的は、ＰＲＴＲ法において指定された界面活性剤を使用しなくても充分な潤滑性を有する温間熱間鍛造用潤滑剤を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、上記潤滑剤を用いた金属材料の温間熱間鍛造加工方法を提供することである。

本発明は、以下に示す温間熱間鍛造用潤滑剤及びこれを用いた金属の温間熱間鍛造加工方法を提供するものである。
１．（ａ）基油、（ｂ）固体潤滑剤、及び（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び不飽和脂肪酸重合物アミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有してなる温間熱間鍛造用潤滑剤。
２．（ａ）基油、（ｂ）固体潤滑剤、（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び不飽和脂肪酸重合物アミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種、及び（ｄ）界面活性剤を含有してなる温間熱間鍛造用潤滑剤。
３．（ａ）基油が３０〜８０質量％、（ｂ）固体潤滑剤が５〜５０質量％、（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び／又は不飽和脂肪酸重合物アミン塩が０．５〜１５質量％である上記１記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
４．（ａ）基油が３０〜８０質量％、（ｂ）固体潤滑剤が５〜５０質量％、（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び／又は不飽和脂肪酸重合物アミン塩が０．５〜１５質量％、（ｄ）界面活性剤が１〜２０質量％である上記１又は２記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
５．成分（ｃ）が不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩である上記１〜４のいずれか１項記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
６．不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩が硫化オレイン酸（２量体）ジシクロへキシルアミン塩である上記５記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
７．成分（ｃ）が不飽和脂肪酸重合物アミン塩である上記１〜４のいずれか１項記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
８．不飽和脂肪酸重合物アミン塩がダイマー酸ジシクロへキシルアミン塩、及びトリマー酸ジシクロへキシルアミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種である上記７記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
９．上記１〜８のいずれか１項記載の温間熱間鍛造用潤滑剤を使用することを特徴とする金属材料の温間又は熱間鍛造加工方法。

本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤は、顕著に潤滑性に優れる。
また、ＰＲＴＲ法第一種指定化学物質Ｎｏ．３０５から３０７を使用しなくても充分な潤滑性を有する、環境にやさしい温間熱間鍛造用潤滑剤である。

本発明に使用する成分（ａ）の基油としては、鉱油、動植物油脂、合成エステル等が挙げられる。
鉱油としては、ISO VG 8から ISO VG 460まで各グレードの精製鉱油が使用可能であり、100ニュートラルから500ニュートラルまで各グレードの高精製鉱油がより好ましく、パラフィン系、ナフテン系のいずれでもよい。
動物油脂としては、牛脂、豚脂等の動物性油脂、なたね油、大豆油、綿実油、パーム油等の植物性油脂等が挙げられる。特に、融点が２０℃以下であり、ヨウ素価が６０〜１５０Ｉ₂／100gのもの、例えばパームオレイン、ラードオイル、なたね油、米ぬか油等が好ましい。
合成エステルとしては、炭素原子数１２〜２８の直鎖、分枝鎖の、飽和又は不飽和の脂肪酸（特に二重結合が２個以下のもの）と炭素原子数１〜２８のアルコール、好ましくは１価〜４価のアルコールとのエステルが好ましく、具体的にはメチル・パーム脂肪酸エステル、２−エチルへキシルステアレート、ブチルステアレート、等のモノエステル、ジ−２−エチルへキシルセバケート、ジ−２−エチルへキシルドデカニエート、ダイマー酸オレイルアルコールエステル、等の二塩基酸エステル、トリメチロールプロパン牛脂脂肪酸エステル、トリメチロールプロパンラノリン脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールパーム脂肪酸エステル等の多価アルコールエステルのフルエステルやヒドロキシル基の残った部分エステル等が挙げられる。特に、トリメチロールプロパントリオレエート、トリメチロールプロパン・ラノリン脂肪酸フルエステル、ペンタエリスリトールテトラオレエート等が好ましい。

本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤中、成分（ａ）の基油の使用量は、好ましくは３０〜８０質量％、さらに好ましくは３５〜７０質量％であるが、成分（ｂ）の固体潤滑剤の粒径に依存するところがある。
３０質量％未満では温間熱間鍛造用潤滑剤としての潤滑性が不足する場合や成分（ｂ）の固体潤滑剤が２０質量％超のときには基油中に固体潤滑剤を充分に包含出来ず、固体潤滑剤が単独で水中へ移行してしまいやすくなり、Ｓ／Ｏ／Ｗ型温間熱間鍛造用潤滑剤の形態を形成できないことがある。８０質量％を超えると、給油された潤滑剤が金型表面に被膜を形成する時に、油分が多い為、金型上での固体潤滑剤自身の均一付着膜形成を妨げるという点で好ましくない。

本発明に使用する成分（ｂ）の固体潤滑剤としては、従来の鍛造用潤滑剤に使用されている無機又は有機固体潤滑剤が挙げられる。具体的には、炭酸カルシウム、タルク、セリサイト、ベントナイト、窒化硼素、ポリイミド樹脂粉末、ポリフェニレンサルファイド樹脂粉末、土状黒鉛、燐片状黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、ステアリン酸アルミニウムこれらの混合物等が挙げられる。これらの固体潤滑剤の粒径は、好ましくは０．００５〜５０μｍ、更に好ましくは０．０１〜５μｍである。
炭酸カルシウム、タルク、セリサイト、ベントナイト、窒化硼素等の潤滑剤は、これを表面処理（疎水化処理）したものが好ましい。炭酸カルシウムやタルクの表面疎水化処理剤としては好ましくは石油樹脂酸、ロジン、ダイマー酸、トリマー酸、イソフタル酸、トリメリット酸等が挙げられる。セリサイトの表面処理剤としては、好ましくは炭素数８〜２０の脂肪酸アミンの酢酸塩、塩酸塩、ポリグリセリンアルキルエステル系非イオン界面活性剤等が挙げられる。またベントナイトの表面処理剤としては、好ましくは有機アミンが挙げられる。表面処理ベントナイトの市販品の具体的例としては、有機アミン処理されたBENTONE 27, BENTONE 34, RHEOLATE 101, RHEOLATE 350, RHEOLATE 5000(RHEOX製)等が挙げられる。
本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤中、成分（ｂ）の固体潤滑剤の使用量は、好ましくは５〜５０質量％、さらに好ましくは１５〜３５質量％である。５質量％未満では、潤滑性（鍛造成形性）が不十分であり、５０質量％を超えると、製品が粘ちょうとなり、ハンドリングに支障が生じる他、水中での乳化分散安定性を維持する事が困難となる。

本発明の成分（ｃ）の内、不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩は分子中に二重結合を１個有する炭素原子数１２〜２８の不飽和脂肪酸２分子を硫黄結合にて架橋した構造を有するものであり、硫黄が１〜３モル結合した不飽和脂肪酸硫黄付加物を炭素原子数４〜２０のアルキルアミン及び／又はアルカノールアミンにてアミン塩としたものであり、例えば、硫化オレイン酸トリエタノールアミン塩、硫化オレイン酸トリブチルアミン塩、硫化オレイン酸シクロへキシルアミン塩、硫化オレイン酸ジシクロへキシルアミン塩、硫化オレイン酸メチルジエタノールアミン塩、硫化オレイン酸ジグリコールアミン塩、硫化オレイン酸１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン塩、硫化オレイン酸ｎ−ブチルモノエタノールアミン塩、硫化オレイン酸メタキシレンジアミン塩等が好ましい。

本発明の成分（ｃ）の内、不飽和脂肪酸重合物アミン塩は炭素原子数１２〜２８の不飽和脂肪酸の２個ないし、それ以上の分子の分子間重合反応した物を炭素原子数４〜２０のアルキルアミン及び／又はアルカノールアミンにてアミン塩としたものであり、例えば、ダイマー酸トリエタノールアミン塩、トリマー酸トリエタノールアミン塩、ダイマー酸トリブチルアミン塩、トリマー酸トリブチルアミン塩、ダイマー酸シクロへキシルアミン塩、トリマー酸シクロへキシルアミン塩、ダイマー酸ジシクロへキシルアミン塩、トリマー酸ジシクロへキシルアミン塩、トリマー酸メチルジエタノールアミン塩、ダイマー酸ジグリコールアミン塩、ダイマー酸１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン塩、トリマー酸ｎ−ブチルモノエタノールアミン塩、ダイマー酸メタキシレンジアミン塩等が好ましい。
本発明の成分（ｃ）の不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び不飽和脂肪酸重合物アミン塩の使用量は、好ましくは０．５〜１５質量％、更に好ましくは３〜１２質量％である。０．５質量％未満では充分な潤滑性が不十分であり、１５質量％超加えても潤滑性のさらなる向上は認められない。なお、不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び不飽和脂肪酸重合物アミン塩は単独で使用できるが、併用すると潤滑性がさらに良好となる。併用するばあい、不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩と不飽和脂肪酸重合物アミン塩の質量比率は１：１〜３：１が好ましい。

本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤は、油中分散型であるが、さらに成分（ｄ）の界面活性剤を含有させることにより水中分散型とすることができる。成分（ｄ）の界面活性剤としては、固体潤滑剤を基油及び水にぬれやすくすると共に乳化分散するものであれば良く、特に限定されない。非イオン系、アニオン系、カチオン系、両性イオン系および食品添加用乳剤のいずれも使用できるが、好ましい例としては、例えば、Ｎ−ヒドロキシエチルアルキルアミン（アルキル基の炭素原子数８〜２２）、ポリオキシエチレンアルキルアミン（アルキル基の炭素原子数が８〜２２であり、エチレンオキサイドの付加モル数が１〜１０）、炭素原子数が８〜２２であるカルボン酸のアルカノールアミン塩（炭素原子数が１〜４）、炭素原子数が８〜２２であるカルボン酸のアルキルアミン塩（炭素原子数が１〜１５）、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンひまし油エーテル、ポリオキシエチレン硬化ひまし油エーテル、エチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンモノアルキルエーテルのポリオキシエチレン付加物、ソルビタン脂肪酸エステル、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、大豆レシチン等があげられる。それぞれ単独で用いても良いが、２種以上使用する方が好ましい。ただし、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル及びポリオキシエチレンアルキルエーテル（炭素原子数Ｃ₁₂〜Ｃ₁₅）はＰＲＴＲ法に係わる第一種指定化学物質に掲げられており使用を控えることが望ましい。
本発明の成分（ｄ）の界面活性剤の使用量は好ましくは、１〜２０質量％、さらに好ましくは３〜１５質量％である。

本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤はさらに、アルコールや脂肪酸等の油性剤；硫化油脂、ポリスルフィド、リン酸エステル、亜リン酸エステル、ジアルキルジチオリン酸塩等の極圧添加剤；フェノール系、アミン系等の酸化防止剤；アルケニルコハク酸及びその塩等の防錆剤；防腐剤、消泡剤などを配合することができる。これらの成分の使用量は温間熱間鍛造用潤滑剤（水に希釈する前のもの）中、好ましくは通常０．５〜５質量％である。

本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤の調製方法は特に限定されない。例えば、後述の実施例１〜３，比較例１〜２の油中分散型潤滑剤は、例えば、（ａ）基油と（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び／又は不飽和脂肪酸重合物アミン塩を混合し、加熱（約６０℃）しつつアジテーターにて撹拌して均一化した後、（ｂ）固体潤滑剤を加えて、ホモジナイザー、フライマーミル及びアジテーター撹拌とギャ−ポンプ循環併用等で基油中に固体潤滑剤を均一に分散させ、最後に（ｅ）その他の成分を加えてさらに撹拌することにより容易に調製できる。
また、実施例４〜１０，比較例３〜６の水中分散型潤滑剤は、例えば、（ａ）基油と（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び／又は不飽和脂肪酸重合物アミン塩及び（ｄ）界面活性剤を混合し、アジテーターにて撹拌して均一化した後、（ｂ）固体潤滑剤を加えて、ホモジナイザー、フライマーミル及びアジテーター撹拌とギャ−ポンプ循環併用等で基油中に固体潤滑剤を均一に分散させ、最後に（ｅ）その他の成分を加えてさらに撹拌することにより容易に調製できる。

本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤は、実施例１〜３，比較例１〜２の潤滑剤の場合、タンクより原液のままノズルより、あるいは布、刷毛に染まして、金型表面に供給される。実施例１〜１０，比較例１〜６の潤滑剤は５〜１００質量％、例えば、１０質量％となるように水で希釈して乳化分散液とし、例えば、ノズル等により、金型表面に供給される。余分に供給された乳化分散液はピットに回収し、メッシュ式ストレーナー或いはマグネチックセパレーターを通して別タンクに貯める。この液の濃度を確認後、規定の濃度に調製して再び、ノズル等により、金型表面に供給される。
本発明の温間熱間鍛造用潤滑剤を適用するのに適した金属材料としては、炭素鋼、合金鋼、非鉄金属等が挙げられる。また温間鍛造は一般に被加工材温度２００〜８５０℃、熱間鍛造は一般に被加工材温度１１００〜１２５０℃で行えばよい。尚、８５０〜１１００℃については亜熱間鍛造と言われ、本発明の潤滑剤は充分適用可能である。

以下実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１〜１０，比較例１〜６を表１〜３に示す。実施例１〜３，比較例１〜２は油中分散型熱間鍛造用潤滑剤であり、実施例４〜１０，比較例３〜６は水中分散型温間熱間鍛造用潤滑剤である。さらに成分組成の上から、実施例１〜３に対する比較例は１〜２であり、実施例４〜５に対する比較例は３であり、実施例６〜７に対する比較例は４であり、実施例８〜１０に対する比較例は５である。
比較例６は市販の黒鉛Ｓ／Ｏ／Ｗ型熱間鍛造用潤滑剤である。
評価試験液について、実施例１〜３，比較例１〜２は原液のまま、実施例４〜１０，比較例３〜６は水での希釈液を用いる。希釈液は、潤滑剤１部を９部の水中へ加え、手撹拌にて調製可能であるが、アジテーター撹拌にて均一化する方が好ましい。
潤滑性試験
スパイク試験（特開平05-007969）にて行ない次の条件にて鍛造し、加工後の鍛造成形荷重（Ｐ）とスパイク高さ（Ｈ）を求める。潤滑性試験結果はスパイク高さ（Ｈ）mm／鍛造成形荷重（Ｐ）ｔｏｎにて表す。鍛造成形性は数値が大きい程良好である。実用においては温間は０.１４以上、熱間は０．４０以上が必要である。
（スパイク試験条件）
試験片：Ｓ４５Ｃ，２５ｍｍφ×３０ｍｍ，温度（温間＝８００℃，熱間＝１２００℃）
金 型：ＳＫＤ−６１，温度（１５０℃）
鍛造機：ＫＯＭＡＴＳＵ ＭＹＰＲＥＳ １６０Ｔ
給 油：（油中分散型熱間鍛造用潤滑剤）１ｍｌを金型へ刷毛塗りする。
（水中分散型温間熱間鍛造用潤滑剤）
１０倍に調製した希釈液を対角線に各々２ｍｌエアースプレー。

不飽和※アミン塩（１）＝不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び不飽和脂肪酸２或いは３分子の分子間重合物アミン塩

硫化オレイン酸

表１〜３から以下のことがわかる。
本発明の成分（ａ）〜（ｃ）を含む実施例１〜３の潤滑剤は、成分（ｃ）を含まない比較例１及び２の潤滑剤より潤滑性が優れている。
同様に、本発明の成分（ａ）〜（ｄ）を含む実施例４〜５の潤滑剤は、成分（ｃ）を含まない比較例３の潤滑剤より潤滑性が優れ、本発明の成分（ａ）〜（ｄ）を含む実施例６〜７の潤滑剤は、成分（ｃ）を含まない比較例４の潤滑剤より潤滑性が優れ、本発明の成分（ａ）〜（ｄ）を含む実施例８〜１０の潤滑剤は、成分（ｃ）を含まない比較例５の潤滑剤より潤滑性が優れている。

Claims (9)

1. （ａ）基油、（ｂ）固体潤滑剤、及び（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び不飽和脂肪酸重合物アミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有してなる温間熱間鍛造用潤滑剤。
2. （ａ）基油、（ｂ）固体潤滑剤、（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び不飽和脂肪酸重合物アミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種、及び（ｄ）界面活性剤を含有してなる温間熱間鍛造用潤滑剤。
3. （ａ）基油が３０〜８０質量％、（ｂ）固体潤滑剤が５〜５０質量％、（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び／又は不飽和脂肪酸重合物アミン塩が０．５〜１５質量％である請求項１記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
4. （ａ）基油が３０〜８０質量％、（ｂ）固体潤滑剤が５〜５０質量％、（ｃ）不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩及び／又は不飽和脂肪酸重合物アミン塩が０．５〜１５質量％、（ｄ）界面活性剤が１〜２０質量％である請求項１又は２記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
5. 成分（ｃ）が不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩である請求項１〜４のいずれか１項記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
6. 不飽和脂肪酸硫黄付加物アミン塩が硫化オレイン酸（２量体）ジシクロへキシルアミン塩である請求項５記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
7. 成分（ｃ）が不飽和脂肪酸重合物アミン塩である請求項１〜４のいずれか１項記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
8. 不飽和脂肪酸重合物アミン塩がダイマー酸ジシクロへキシルアミン塩、及びトリマー酸ジシクロへキシルアミン塩からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項７記載の温間熱間鍛造用潤滑剤。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の温間熱間鍛造用潤滑剤を使用することを特徴とする金属材料の温間又は熱間鍛造加工方法。