JP2008069320A

JP2008069320A - 熱処理油組成物

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Publication number: JP2008069320A
Application number: JP2006251229A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Ichitani; 克実市谷
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: JP5060753B2

Abstract

【課題】油系の熱処理油であって、冷却性能が高いと共に、焼入れ等の熱処理加工時における油煙の発生が抑制された熱処理油組成物を提供すること。また、さらに冷却性能の経時変化が少ない熱処理油組成物を提供すること。
【解決手段】４０℃における動粘度が４〜１５ｍｍ²／ｓであるα-オレフィンオリゴマーの水素添加物からなる基油に、蒸気膜破断剤を配合してなる熱処理油組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明は熱処理油組成物に関し、詳しくは焼入れ加工において冷却性能が高いと共に、焼入れ等熱処理加工時の油煙の発生が抑制された、焼入れ油として好適な熱処理油組成物に関する。

鋼の焼入れ加工の目的は、焼割れず、焼入れひずみを抑え、鋼を所定の硬さにすることである。そのため、焼入れ油などの焼入れ液に要求される第一の性能は、鋼に十分な硬度を付与するだけの冷却性能を有することである。
従来、焼入れにおいては、鉱油系基油にアスファルト、高分子化合物、あるいはスルホン酸、サリチル酸等のアルカリ土類金属塩を配合して冷却性能を高めた焼入れ油が使用されている。しかし、この種の焼入油では冷却性能が不充分なため、被加工材被（焼入れ材）に所定の硬さを付与できないことがあった。特に、材質が低炭素鋼の被加工材を焼入れ加工する場合や、肉厚の被加工材を焼入れ加工する場合などに冷却性能が不充分であるため、目的の硬度を有する加工（焼入れ）処理品を得られない結果となることがあった。

このような冷却性能が不充分である状況を防止する手段として、水に無機塩や水溶性ポリマーなどを配合した水溶性焼入れ液を使用することが考えられる。しかしながら、この種の水溶性焼入れ液は、冷却性能が過度に高いという問題がある。つまり、水溶性焼入れ液を用いて焼入れすると、被加工材が焼入ひずみや変形が大きくなり、焼割れを生ずることもあって、目的の焼入れ加工ができないことが多い。また、水溶性焼入れ液は、焼入れ液の濃度やｐＨが使用と共に変化するため、それらを一定に保持すべく、液の管理が必要である。しかもその管理は容易でなく、冷却性能を一定に保つことが困難であると共に、焼入れ液が腐敗しやすい、などの問題もある。
そこで、液の管理が比較的容易な油系の焼入れ液（焼入れ油）であって、冷却性能が高い焼入れ油が必要とされている。

これまで、焼入れ油について、冷却性能を向上するための検討は多く、例えば、５％留出温度が２９０〜３１０℃で、４０℃における動粘度が１２〜３０ｍｍ²／ｓである熱処理油が提案されている（例えば、特許文献１の請求項１参照）。しかし、ここで提案される熱処理油は、冷却性能が充分とは言えず、さらなる改良が必要であった。しかも、さらに冷却性能を高めるために、低粘度の基油に置換えた熱処理油を用いると焼入れ加工中に油煙の発生が多くなり、作業環境の悪化や安全性の低下をもたらすという問題があった。

また、焼入れ油には、前記のとおり、冷却性能を高めるために種々の添加剤が配合されている。これらの添加剤の中には、元来水分を含むもの、元来水分を有しないが吸湿性であるため、水分を保有するに至るもの、又は、複数の添加剤を配合した場合、それらの添加剤同士が反応し、反応生成物として水分を保有するものなどが存在するため、焼入れ油が水分を多量に含むことがある。そして、そのような水分が焼入れ油の冷却性能を高める結果をもたらす。しかし、その冷却性能を高める原因である水分は、焼入れ加工中に蒸発して減少し、それに伴って焼入れ油の冷却性能が低下するため、一定の安定した冷却性能を維持できないことになる。このように冷却性能の低下は、加工（焼入れ）処理品の硬度を変化させ、均一な加工処理品を得られないことになる。

特開平１０−１５８６７７号公報

本発明は、このような状況下で、油系の熱処理油であって、冷却性能が高いと共に、焼入れ等の熱処理加工時における油煙の発生が抑制された熱処理油組成物を提供することを目的とするものである。また、本発明は、さらに冷却性能の経時変化が少ない熱処理油組成物を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、冷却性能と基材の組成及びその粘度、並びに添加剤との関係を鋭意研究した結果、基油として、特定の動粘度を有するα−オレフィンオリゴマーの水素添加物を用い、これに特定の添加剤を配合した組成物がその目的を達成できることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、
（１）４０℃における動粘度が４〜１５ｍｍ²／ｓであるα-オレフィンオリゴマーの水素添加物からなる基油に、蒸気膜破断剤を配合してなる熱処理油組成物、
（２）基油の４０℃における動粘度が４〜１０ｍｍ²／ｓである前記（１）に記載の熱処理油組成物、
（３）ＪＩＳＫ２２４２の規定に基づく銀試片の冷却曲線の８００℃から３００℃までの冷却時間が、４．５秒以下である前記（１）又は（２）に記載の熱処理油組成物、
（４）組成物中の水分が２００質量ｐｐｍ以下である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の熱処理油組成物、
（５）蒸気膜破断剤が、アスファルト、エチレン-プロピレン共重合体、ポリブテン及びポリイソブチレンから選ばれる少なくとも一種である前記（１）〜（４）のいずれかに記載の熱処理油組成物、
を提供するものである。

本発明によれば、油系の焼入れ油であって、冷却性能が高いと共に、焼入れ等の熱処理加工時における油煙の発生が抑制された熱処理油組成物を提供することができる。また、本発明によれば、さらに冷却性能の経時変化が少ない熱処理油組成物を提供することができる。

本発明の熱処理油組成物は、基油として、特定の動粘度を有するα-オレフィンオリゴマーの水素添加物を用いる。ここで、水素添加物を用いるのは、α-オレフィンオリゴマーの熱・酸化安定性及び分解安定性を高めることにより、安定した冷却性能を維持し、熱処理加工時における油煙の発生を抑制するためである。
上記α−オレフィンオリゴマーの水素添加物は、炭素数５〜２０のα−オレフィンをオリゴマー化し、得られたα−オレフィンのオリゴマーを水素化したものが好ましい。
炭素数５〜２０のα−オレフィンとしては、例えば１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセンなどを挙げることができるが、これらの中でも１−オクテン、１−デセン及び１−ドデセンなど炭素数８〜１２のα−オレフィンが好ましく、特に１−デセンが好ましい。これらのα−オレフィンは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明においては、基油として用いるα−オレフィンオリゴマーの水素添加物は、４０℃における動粘度が４〜１５ｍｍ²／ｓであることを要する。動粘度が４ｍｍ²／ｓ以上であれば揮発性が高いことによる環境上及び安全上の問題がなく、かつ熱処理加工時における油煙の発生を抑制することができる。また４０℃における動粘度が１５ｍｍ²／ｓ以下であれば、冷却性能を高めることができる。このα−オレフィンオリゴマーの水素添加物の４０℃における動粘度は、４〜１０ｍｍ²／ｓであることがより好ましい。
また、上記α−オレフィンオリゴマーの水素添加物の数平均分子量は、通常２２０〜３４０程度である。

また、本発明において、基油として用いるα−オレフィンオリゴマーの水素添加物は、ＪＩＳＫ２６０５による臭素価が１ｇＢｒ₂／１００ｇ以下であることが好ましく、０．５ｇＢｒ₂／１００ｇ以下であることがより好ましい。臭素価が１ｇＢｒ₂／１００ｇ以下であれば、熱処理油の熱・酸化安定性や分解安定性が良好であり、高い冷却性能や油煙の発生を抑制するなどの性能を長期に維持することができる。
また、本発明において、基油として用いるα−オレフィンオリゴマーの水素添加物は、引火点が１５０℃以上であることが好ましく、１８０℃以上がより好ましくい。α−オレフィンオリゴマーの水素添加物の引火点が１５０℃以上であれば、引火等の危険性が低く、同時に熱処理加工時における油煙の発生を良好に抑制することができる。

α−オレフィンオリゴマーの水素添加物の製造方法は、特に制限はなく、いかなる方法によって製造されたものであってもよい。例えば、ＢＦ₃触媒、チーグラ型触媒など公知の触媒を用いてオリゴマー化し、得られたオリゴマーをＮｉ、Ｃｏ系触媒や、Ｐｄ、Ｐｔ等の貴金属触媒など公知の水素化触媒を用いて水素化処理することよって水素添加物を製造することができる。このようにして得られた水素添加物は、蒸留処理を行い、所望の動粘度を有する留分を取得し、本発明における基油として用いることができる。

本発明においては、基油として、上記α−オレフィンオリゴマーの水素添加物を使用するが、本発明の目的に反しない範囲で他の基油を含むことができる。他の基油としては、例えば、高粘度指数鉱油（例えば、粘度指数１２０以上の鉱油）、ポリオキシアルキレングリコール誘導体などであり、その配合量は、３０質量％以下、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下の割合である。

本発明においては、上記α-オレフィンオリゴマーの水素添加物からなる基油に、蒸気膜破断剤を配合することを要する。蒸気膜破断剤を配合することによって、蒸気膜、特に、低粘度の基油の蒸気膜を破断し、早期に沸騰段階に移行させることによって、組成物の冷却性能を高める効果が得られる。

本発明に用いる蒸気膜破断剤は、特に制限されるものではなく、種々の公知の蒸気膜破断剤を使用することができる。この蒸気膜破断剤としては、例えば、エチレン-プロピレン共重合体などのエチレン-α-オレフィン共重合体（α-オレフィンの炭素数は３〜２０）、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセンなど炭素数５〜２０のα-オレフィンの重合体、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブチレンなど炭素数３又は４のオレフィン重合体、などの各種ポリオレフィン類及びそれらポリオレフィン類の水素添加物、ポリメタクリレート、ポリメタアクリレート、ポリスチレン、石油樹脂などの高分子化合物、並びにアスファルトなどを挙げることができる。これらの中でも、特に、冷却性、安定性の観点から、アスファルトが、また、光輝性の観点からエチレン-プロピレン共重合体などのエチレン-α-オレフィン共重合体、ポリブテン、ポリイソブチレンが好ましい。これら蒸気膜破断剤の数平均分子量は、通常８００〜１００，０００であることが好ましく、１，０００〜５０，０００であることがより好ましく、１，５００〜３０，０００が特に好ましい。数平均分子量が８００以上であれば、蒸気膜破断効果を良好に発現して冷却性能を向上することができ、また、数平均分子量が１００，０００以下であれば、基油に対する溶解性が問題になることはなく、また組成物の動粘度が過度に上昇し、冷却性能の向上を妨げることもない。

これらの蒸気膜破断剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組合せて用いてもよい。またその配合量は、熱処理油組成物基準で、０．５〜１０質量％であることが好ましく、１〜６質量％であることがより好ましい。蒸気膜破断剤の配合量が０．５質量％以上であれば、蒸気膜破断効果が現われて冷却性能が向上し、また、１０質量％以下であれば、熱処理油組成物の動粘度が過度に上昇することにより、冷却性能の向上を妨げることもない。

本発明の熱処理油組成物は、上記特定の基油に上記蒸気膜破断剤を配合することによって本発明の目的を達成できるが、本発明の目的が損なわれない範囲で、さらに、従来熱処理油に慣用されている添加剤、例えば劣化酸中和剤、酸化防止剤、光輝性向上剤などを配合することができる。
上記劣化酸中和剤としては、例えばアルカリ土類金属のサリチレート、硫化フィネート、スルホネートなどが挙げられる。アルカリ土類金属としては、カルシウム、バリウム及びマグネシウムが好ましい。また、酸化防止剤としては、従来公知のアミン系酸化防止剤やヒンダードフェノール系酸化防止剤などが挙げられる。さらに、光輝性向上剤としては、従来公知の油脂や油脂脂肪酸、アルキル又はアルケニルコハク酸イミド、置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸エステル誘導体などが挙げられる。

本発明の熱処理油組成物は、上記の構成を有すればよく、その性状については特に制限はないが、好ましくは、組成物中の水分含有量（水分）が２００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、１００質量ｐｐｍ以下、さらには５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。組成物中の水分が２００質量ｐｐｍ以下であれば、使用に伴って水分が蒸発・飛散することによって冷却性能が低下することを抑制でき、冷却性能の経時変化が少ない熱処理油を得ることができる。
従って、水分含有量が増加することを抑制するように、さらに配合する添加剤とその配合量を選択すること、かつ調合過程における水分の混入を排除することが好ましい。

本発明の熱処理油組成物は、冷却性能が極めて高く、かつ油煙の発生を抑制できるものである。
上記でいう冷却性能は、具体的には、ＪＩＳＫ２２４２における銀試片の冷却曲線の８００℃から３００℃までの冷却時間（以下、「ＪＩＳ３００℃冷却時間」と称することがある）で表すことができ、その冷却時間が短いものほど冷却性能が良好であり、焼入れ加工によって充分な硬度を有する被加工処理品を得ることができることを示している。
本発明の熱処理油組成物は、このＪＩＳ３００℃冷却時間が極めて短く、４．５秒以下のものを得ることができる。
なお、上記のように、ＪＩＳＫ２２４２の冷却曲線の８００℃から３００℃までの冷却時間で冷却性能を評価するのは、この８００℃から３００℃までの温度間の冷却速度が実際の焼入れにおける冷却性能と良好に相関するからである。

図１は、本発明の熱処理油組成物の１例と比較のために用いた熱処理油のＪＩＳＫ２２４２による冷却曲線を示す。図１中、１は後述する実施例１、２は比較例１、３は比較例２、４は比較例３の冷却曲線を示す。
この図から分かるように、本発明の熱処理油組成物の冷却曲線１は、蒸気膜段階が比較的短く、沸騰段階が長くその傾斜が大きい結果、ＪＩＳ３００℃冷却時間が非常に短く、冷却性能が極めて高いことを意味している。
これに対して、比較例１（高粘度のαオレフィンオリゴマー水素添加物からなる基油）の冷却曲線２は、実施例１の冷却曲線１と比べて蒸気膜段階は短いが、沸騰段階が非常に短い。また、比較例２（低粘度鉱油からなる基油）の冷却曲線３は、実施例１の冷却曲線１に比べて蒸気膜段階が非常に長い。さらに比較例３（高粘度鉱油からなる基油）の冷却曲線４は、実施例１の冷却曲線１より沸騰段階が短い。
その結果、比較例１〜３は、いずれもＪＩＳ３００℃冷却時間が実施例１より長く、冷却性能が劣っている。

次に実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。なお、熱処理油組成物の性状及び性能は次の方法に従って求めた。

（１）冷却性能
ＪＩＳＫ２２４２に規定される冷却性能試験に準拠して、８１０℃に過熱した規定の銀試片を試料（熱処理油）に投入し、銀試片の冷却曲線を測定した。この冷却曲線の８００℃から３００℃までに冷却されるのに要する冷却時間〔ＪＩＳ３００℃冷却時間〕（秒数）を冷却性能として測定した。この秒数が小さい程冷却性能が高いことを示す。
（２）油煙の発生実験
ＪＩＳＫ２５４０「タービン油熱安定度試験」に基づき、１７０℃における油煙の発生の状態を目視観察して評価した。
評価結果は、油煙が、発生しない（○）、わずかに発生する（△）、多量発生する（×）、に区別して表示した。
（３）４０℃における動粘度
ＪＩＳＫ２２８３に準拠して測定した。
（４）引火点
ＪＩＳＫ２２５６（Ｃ．Ｏ．Ｃ法）に準拠して測定した。
（４）水分
ＪＩＳＫ２２７５に準拠して測定した。
（５）臭素価
ＪＩＳＫ２６０５に準拠して測定した。

実施例１及び比較例１〜３
第１表に示す基油及び添加剤を用い、第１表で示す割合で混合して、熱処理油組成物を調合し、その性状及び性能を求めた。結果を第１表に示す。

［注］
１）ＰＡＯ−１：１−デセンオリゴマーであるα-オレフィンオリゴマーの水素添加物（出光興産社製、商品名「イデミツＰＡＯ−５００２」）、４０℃動粘度＝５．１ｍｍ²／ｓ、引火点＝１５６℃、臭素価＝５００ｍｇＢｒ₂／１００ｇ
２）ＰＡＯ−２：１−デセンオリゴマーであるα-オレフィンオリゴマーの水素添加物（出光興産社製、商品名「イデミツＰＡＯ−５００４」）、４０℃動粘度＝１７．３ｍｍ²／ｓ、引火点＝２４２℃、臭素価＝３００ｍｇＢｒ₂／１００ｇ
３）鉱油−１：精製鉱油、４０℃動粘度＝５．０ｍｍ²／ｓ、引火点＝１４０℃
４）鉱油−２：精製鉱油、４０℃動粘度＝９０．０ｍｍ²／ｓ、引火点＝２６０℃
５）蒸気膜破断剤：アスファルト、１００℃動粘度＝５００ｍｍ²／ｓ、引火点＝３４０℃

第１表から分るように、実施例１の熱処理油は、冷却性能が高く、ＪＩＳ３００℃冷却時間が、４．０秒である。また、焼入れ時の発煙もない。また実施例１の熱処理油は組成物の水分が５０質量ｐｐｍであるから、熱処理に使用することによる冷却性能が経時的に変化する恐れもない。
これに対し、４０℃における動粘度１７．３ｍｍ²／ｓのα-オレフィンオリゴマーの水素添加物を用いる比較例１の熱処理油は、ＪＩＳ３００℃冷却時間が、７．０秒であって、冷却性能が劣る。また、基油として、低粘度鉱油を用いる比較例２の熱処理油は、ＪＩＳ３００℃冷却時間が４．９秒であって実施例１より劣り、また焼入れ加工時の発煙が多いため、作業環境を悪化し、安全性の問題がある。さらに高度鉱油を用いる比較例３の熱処理油は、ＪＩＳ３００℃冷却時間が、５．３秒であり、焼入れ加工時の発煙も認められる。

本発明の熱処理油組成物は、油系の熱処理油であって、冷却性能が高いと共に、熱処理加工時の油煙の発生が抑制された熱処理油組成物である。また、さらに本発明の熱処理油組成物は、冷却性能の経時変化が少ない熱処理油組成物である。従って、各種熱処理、特に焼入れ用熱処理に有効に利用することができる。

本発明の実施例及び比較例である熱処理油組成物の冷却曲線を示す図である。

符号の説明

１：本発明の実施例１の熱処理油組成物の冷却曲線
２：本発明の比較例１の熱処理油組成物の冷却曲線
３：本発明の比較例２の熱処理油組成物の冷却曲線
４：本発明の比較例３の熱処理油組成物の冷却曲線

Claims

４０℃における動粘度が４〜１５ｍｍ²／ｓであるα-オレフィンオリゴマーの水素添加物からなる基油に、蒸気膜破断剤を配合してなる熱処理油組成物。
基油の４０℃における動粘度が４〜１０ｍｍ²／ｓである請求項１に記載の熱処理油組成物。
ＪＩＳＫ２２４２の規定に基づく銀試片の冷却曲線の８００℃から３００℃までの冷却時間が、４．５秒以下である請求項１又は２に記載の熱処理油組成物。
組成物中の水分含有量が２００質量ｐｐｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理油組成物。
蒸気膜破断剤が、アスファルト、エチレン-プロピレン共重合体、ポリブテン及びポリイソブチレンから選ばれる少なくとも一種である請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理油組成物。