JP2017132935A

JP2017132935A - 熱間加工用潤滑剤、金属の熱間加工方法

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Publication number: JP2017132935A
Application number: JP2016015271A
Authority: JP
Inventors: 雅義秋山; Masayoshi Akiyama; 正樹森田; Masaki Morita
Original assignee: Iseienge Co Ltd
Current assignee: Iseienge Co Ltd
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: JP6778360B2

Abstract

【課題】金属である被加工材の熱間加工に用いられる潤滑剤であって、適用温度範囲がグラファイトに代表される黒鉛系潤滑剤と同等またはそれ以上であり、且つ黒鉛系潤滑剤であれば生じる不具合、つまり、作業現場が黒く汚れてしまう事態や、通電性であることに起因する漏電等の設備トラブルを悉く防止・抑制可能な熱間加工用潤滑剤を提供する。
【解決手段】粘着性のある媒材に酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を均質に混合した熱間加工用潤滑剤。前記粘着性のある媒材が少なくともデキストリンの粉末を含有する粘性体である熱間加工用潤滑材。又はＮｂ_２Ｏ_５単体からなる熱間加工用潤滑剤。前記潤滑剤を適用することで、適用温度範囲がグラファイトに代表される黒鉛系潤滑剤と同等またはそれ以上である、熱間加工用潤剤。
【選択図】図５

Description

本発明は、金属の熱間加工に好適に用いられる潤滑剤、及びその潤滑剤を用いて行う金属の熱間加工方法に関するものである。

金属の熱間加工には、熱間加工用の工具と高温の被加工材の間の摩擦を軽減するために潤滑剤が用いられている。このような潤滑剤を金属の熱間加工に用いることによって、工具の摩耗等の損耗を軽減したり、熱間加工中に被加工材の表面が工具表面上で摺動することに起因して生じ得る被加工材の表面の損傷を防止・抑制することが可能になる。また、金属の熱間加工に用いられる潤滑剤の役割（機能）として、被加工材が工具表面に良く馴染むようにすること（熱間鍛造などの例で言えば被加工材の金型への充満性を向上させること）、さらには、熱間加工後に工具と被加工材が離れ易くなること（熱間鍛造の例で言えば加工後の離型性を良くすること）、といった点も金属の熱間加工に用いられる潤滑剤の役割として挙げられる。

高温の環境で用いられる潤滑剤としては、優れた高温潤滑特性を有するグラファイト等の黒鉛系潤滑剤が従来から使用されていた。そして、グラファイト等の黒鉛系潤滑剤と同等またはそれ以上の優れた高温潤滑特性を有する材料が見つからなかったため、黒鉛系潤滑剤に代わる潤滑剤が実際の熱間加工の現場において適用されることはほぼ皆無であった。

しかしながら、黒鉛系潤滑剤には、以下のような欠点がある。すなわち、黒鉛系潤滑剤を使用した作業現場が黒くなり、その黒い汚れの除去が困難であること、黒鉛系潤滑剤の使用現場において電気配線の近傍に黒鉛系潤滑剤の細かい粉末が付着すると、グラファイトは電気を通すため、漏電の危険性があること、黒鉛系潤滑剤は循環使用可能である一方で、使用後にはスラッジ（金属の酸化物粉）等が混入するため、それらを取り除く必要があること、以上の３点に集約される欠点が挙げられる。

特に、黒色微粒子で構成される黒鉛系潤滑剤を用いると熱間加工設備の周辺には黒色微粒子が飛び散り、その設備及びその周囲、そして当該工場全体とその周辺が黒くなる。

そこで、近年では、環境への配慮から、無機塩やカルボン酸塩系等で構成される白色系潤滑剤と総称される非黒鉛系潤滑剤が開発されている（例えば、下記非特許文献１参照）。

池田修啓、「水溶性の非黒鉛系熱間鍛造用潤滑剤」、電気製鋼、大同特殊鋼技報、２０１４年７月１８日、第８５巻、第１号、ｐ．２９−３７

しかしながら、白色系潤滑剤は、適用温度範囲が８００℃未満、通常は６００℃未満であるため、例えば１０００℃超の高温域に用いられることなく、５００℃までの低温域に特化して用いられることが多い。

一方、黒鉛系潤滑剤は、１０００℃超の温度域までと適用温度範囲が広い。したがって、８００℃以上での熱間加工には、黒鉛系潤滑剤を用いざるを得ないのが実情である。

本発明は、このような点に着目してなされたものであって、主たる目的は、適用温度範囲が黒鉛系潤滑剤と同等またはそれ以上であり、且つ黒鉛系潤滑剤であれば生じる上述の不具合を防止・抑制可能な熱間加工用潤滑剤、及びそのような熱間加工用潤滑剤を用いて金属の熱間加工を適切に行うことが可能な熱間加工方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の潤滑剤が上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、金属である被加工材の熱間加工に用いられる潤滑剤に関するものであり、少なくとも酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）の粉末を含有するものであることを特徴としている。

ここで、本発明は、少なくとも酸化ニオブの粉末を含む粉末状の潤滑剤、少なくとも酸化ニオブの粉末を含む粘性体の潤滑剤、これら何れのタイプの熱間加工用潤滑剤も包含するものである。そして、少なくとも酸化ニオブの粉末を含む粉末状の潤滑剤としては、例えば、酸化ニオブの粉末のみからなる潤滑剤や、酸化ニオブの粉末と酸化ニオブ以外の粉末が混合された粉末状の潤滑剤を挙げることができる。酸化ニオブの粉末に混合する「酸化ニオブ以外の粉末」としては、僅かな水に溶かすことで粘着性が出るデキストリンや、小麦粉、或いは片栗粉等を挙げることができる。

また、本発明に係る熱間加工用潤滑剤は、酸化ニオブの粉末に媒材を混合したものであってもよい。ここで、本発明における「媒材」は、粘性体の媒材、粉末状の媒材、これら両方を包含するものである。「粘性体の媒材」は、特に熱を加えない室温程度の冷間で粘着性があることが好ましい。このような粘着性を有する媒材の好適な一例としては、デキストリンの粉末を僅かな水に混合した粘性体の媒材を挙げることができる。水にデキストリンの粉末を混合した粘性を有する媒材のうち、水分は熱間では蒸発し、デキストリンは炭化するものの、Ｎｂ_２Ｏ_５の落剥現象は加熱中及び加熱後においてほとんど生じず、Ｎｂ_２Ｏ_５の潤滑特性を担保することができる。水にデキストリンの粉末を混合した粘性体と同様に、加熱中及び加熱後においてもＮｂ_２Ｏ_５の潤滑特性を担保可能な粘性を有する媒材は列挙するまでもなく、多く存在する。なお、媒材は、熱間加工時に金属の表面に損傷を与える元素を含まないものであることが好ましい。したがって、例えば、小麦粉を水に溶かした粘性体や、少しの加熱で粘性が出現する片栗粉を含む粘性体も、本発明における「媒材」として用いることが可能である。なお、損傷を与える元素の例としては、硫黄や燐等を挙げることができる。

また、「粉末状の媒材」の好適な一例としては、「少なくともデキストリンの粉末を含有する媒材」を挙げることができる。なお、本発明では、デキストリンの粉末に代えて、または加えて、小麦粉、片栗粉等、これら適宜の粉体から選択した１種類の粉末を含有する媒材や、選択した２種類以上の粉末を含有する媒材を「粉末状の媒材」として用いることができる。

本発明者は、炭化ニオブ（ＮｂＣ）粒を粉体プラズマ溶接した熱間加工用工具の工具寿命を飛躍的に伸ばした技術開発に関連し、工具表面に潤滑特性が発現するのではないかと推測し、さらに、ＮｂＣで強化された熱間加工用工具を使用した際に、工具表面、及び加工された材料表面（被加工材の表面）に、ニオブ（Ｎｂ）の酸化物、つまり酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）が付着していることを見出した。

そして、本発明者は、工具表面に存在するＮｂＣ粒の表層が大気中で高温の被加工材に触れて酸化されることでＮｂ_２Ｏ_５が生成されたとの推定に基づき、Ｎｂ_２Ｏ_５を作製し、それを用いてＮｂ_２Ｏ_５の潤滑特性の評価を行った結果、Ｎｂ_２Ｏ_５が８００℃以上の高温域で、黒鉛系潤滑剤の代表例であるグラファイトと同等の潤滑特性を有するものであることを見出した。

したがって、本発明に係る熱間加工用潤滑剤によれば、高温域においてもグラファイトに代表される黒鉛系潤滑剤と同等の潤滑特性を発揮し、且つＮｂ_２Ｏ_５が、白色微粉末であり、電気を通さないため、黒鉛系潤滑剤であれば生じる上述の不具合、つまり、熱間加工設備の周辺に黒色微粒子が飛び散ることに起因する作業環境の悪化や、黒鉛系潤滑剤の使用現場において電気配線の近傍に黒鉛系潤滑剤の細かい粉末が付着した場合に、黒鉛系潤滑剤が通電性であることに起因する設備トラブル（漏電の危険）、これらの不具合を防止・抑制することが可能である。また、本発明に係る熱間加工用潤滑剤によれば、黒鉛系潤滑剤のように湿式状態で回収されるものと比べて、油水分離性等を気にせずにＮｂ_２Ｏ_５と被加工材の酸化物、工具の摩耗粉だけの混合物としてドライな状態で回収することが可能であるため、再利用をするとすれば、混入したスラッジ（金属の酸化物粉）等を使用後に取り除く処理（選別処理）に手間が掛からないという点で有利である。さらにまた、Ｎｂ_２Ｏ_５は乾燥状態の粉末になった時に、黒鉛の粉末より比重が大きいために飛散し難いという特性があり、また色が極僅かに桃色を帯びた白色系であることから、本発明に係る熱間加工用潤滑剤によれば、黒鉛粉末のように広い範囲に飛散して周辺環境を黒くしてしまうという不具合も発生し難いという点においても有利である。

そして、本発明では、上述のように、少なくともＮｂ_２Ｏ_５の粉末を含む粉末状の潤滑剤、少なくとも酸化ニオブの粉末を含む粘性体の潤滑剤、これら何れのタイプの熱間加工用潤滑剤も包含するものであり、Ｎｂ_２Ｏ_５単体をそのままの状態（粉末状）で熱間加工前に被加工材に塗布（事前塗布）した場合には、粘着性が無いために直ぐに落剥してしまい、潤滑剤として機能しない場合には熱間加工用潤滑剤として、Ｎｂ_２Ｏ_５の粉末に粘着性のある媒材（粘性体の媒材）を混合したものを適用すれば、事前塗布した場合に剥落する事態を防止することができる。さらに、Ｎｂ_２Ｏ_５単体をそのままの状態で事前塗布する場合、落剥の問題があるため、Ｎｂ_２Ｏ_５単体を必要な部分に必要量だけ塗布することができない場合には、Ｎｂ_２Ｏ_５を粘着性のある媒材に混合した熱間加工用潤滑剤を用いることで、事前塗布する場合に、剥落の事態が生じず、必要な部分に必要量だけ塗布することが可能であり、熱間加工用潤滑剤としての機能を十分に発揮する。

また、本発明に係る金属の熱間加工方法は、上述の本願発明に係る熱間加工用潤滑剤を金属である被加工材のうち所定の面に塗布した状態で熱間加工することを特徴としている。

ここで、被加工材のうち熱間加工用潤滑剤を塗布する「所定の面」は、適宜選択したり、変更することができる。例えば、被加工材のうち熱間工具に接触し得る面全体に熱間加工用潤滑剤を塗布する態様を挙げることができる。

そして、このような本発明に係る金属の熱間加工方法であれば、熱間加工用潤滑剤による上述の作用効果を得ることができ、熱間加工用の工具と被加工材の摩擦や、熱間工具の摩耗等の損耗、及び被加工材の表面の損傷をすべて防止・抑制するとともに、被加工材が工具表面に良く馴染む一方、熱間加工後に工具と被加工材が相互に離れやすくなり、熱間加工処理を適切且つスムーズに行うことが可能である。

以上に述べたように、少なくとも酸化ニオブの粉末を含有する本発明に係る熱間加工用潤滑剤によれば、適用温度範囲が黒鉛系潤滑剤と同等またはそれ以上であり、且つ黒鉛系潤滑剤であれば生じる上述の不具合を防止・抑制可能な熱間加工用潤滑剤を提供することができるとともに、そのような熱間加工用潤滑剤を用いて金属の熱間加工を適切に行うことが可能な熱間加工方法を提供することができる。

加熱前と加熱後の酸化ニオブ粒を対比して示す図。加熱温度と加熱時間が酸化に及ぼす影響に関する調査結果を示す図。板圧延時の摩擦係数の大小と反りの関係を模式的に示す図。圧延の条件を示す図。圧延処理後の被圧延材の反り状態の一例を示す図。圧延処理の結果による酸化ニオブの潤滑効果（評価結果）を示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る熱間加工用潤滑剤は、金属である被加工材の熱間加工に用いられるものであり、少なくとも酸化ニオブの粉末を含有するものである。
ここで、本発明者がＮｂ_２Ｏ_５の高温潤滑特性に関して実施した試験及びその試験結果について説明する。

本発明者は、Ｎｂ_２Ｏ_５の高温潤滑特性を特定すべく、１５０μｍ以下の粒径の炭化ニオブ（ＮｂＣ）粒をセラミック皿に乗せ、その皿を電気炉に入れて大気中で加熱した。図１に、加熱前と加熱後の粒を対比して示す。なお、同図中の「ＦｉｎｅＮｂＣｐｏｗｄｅｒ」は粒径４５μｍ以下の微細ＮｂＣ粒であり、「ＣｏａｒｓｅＮｂＣｐｏｗｄｅｒ」は粒径７５μｍ以上１５０μｍ以下の粗ＮｂＣ粒である。同図では、「ＦｉｎｅＮｂＣｐｏｗｄｅｒ」、「ＣｏａｒｓｅＮｂＣｐｏｗｄｅｒ」が、それぞれ「〇＝Ｐｅｒｆｅｃｔｗｈｉｔｅｎｉｎｇ（完全白色化）」である状態、「△＝Ｐａｒｔｉａｌｗｈｉｔｅｎｉｎｇ（部分白色化）」である状態、「×＝Ｎｏｃｈａｎｇｅ（変化なし）」である状態を写真で示している。

同図から把握できるように、ＮｂＣ粒は黒色であるが、加熱後に酸化した後は白色粉となる。さらに、酸化に及ぼす加熱温度と加熱時間の影響を調査した結果を図２に示す。なお、同図では、加熱温度を絶対温度Ｋで示している。

図２より、ＮｂＣは、加熱温度が６００℃以上で白い微粉末になることが判明した。そして、この白い微細粉末は、地方独立行政法人大阪府立産業技術研究所に依頼し、Ｘ線構造解析によってＮｂ_２Ｏ_５であると特定された。
次に、本発明者は、Ｎｂ_２Ｏ_５の潤滑特性を以下の実験を行うことで調査した。

すなわち、本発明者は、薄鋼板の上面にＮｂ_２Ｏ_５粉を載せて加熱炉内で大気圧下で加熱を行い、所定の温度に加熱された時点で薄鋼板を加熱炉から取り出し、回転する２つのローラの間に金属を通すことによって板の形状に加工する圧延処理（板延圧）を行った。

板圧延では、図３に示すように、圧延処理後の板材（被延圧材）の上面と下面の摩擦係数が同じであれば、反りは発生しない（同図（ａ）参照）。一方、圧延処理後の板材の上面と下面の摩擦係数が異なる場合であれば、相対的に摩擦係数の小さい面の伸び量が、相対的に摩擦係数の大きい面の伸び量を上回り、圧延処理後に反りが発生する（同図（ｂ）,（ｃ）参照）。

ここで、薄鋼板の上面に載っているＮｂ_２Ｏ_５の潤滑特性が高く、摩擦係数低減効果があると仮定すれば、圧延処理後の板材は下方向に反るはずである。基準として、Ｎｂ_２Ｏ_５を上面に載せて加熱した薄鋼板と同じ条件で、グラファイトを上面に載せて加熱した薄鋼板を圧延し、両者の結果を比較した。図４に示すように、幅４０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの中炭素鋼の板を、ロール径が７０ｍｍである回転する２つのローラの間に通すという圧延条件の下、圧延処理を行った。

圧延の結果、Ｎｂ_２Ｏ_５を薄鋼板の上面に載せた場合と、グラファイトを薄鋼板の上面に載せた場合、圧延処理後の薄鋼板は全て下側に反った。その一例を図５に示す。薄鋼板の上面にＮｂ_２Ｏ_５やグラファイトを載せずに延圧処理を行った場合、圧延処理後の薄鋼板の反りは観察されなかった。

上記実験に引き続いて、本発明者は、圧延された板材の湾曲部の曲率半径ρを測定し、その逆数（１／ρ）で定義される反り部分の曲率を反りの程度を表す指標とし、圧延条件が曲率に及ぼす影響を評価した。評価結果を図６に示す。同図中の縦軸は反り部分の曲率半径であり、横軸は圧下率（被圧延材の板厚減少率）である。また、同図中の「×」、「■」、「＊」、「▲」、「◆」は、それぞれＮｂ_２Ｏ_５の密度が単位面積（０．０００１ｇ／ｍｍ^２）あたり、「２」、「１．５」、「１」、「０．５」、「０」の指標である。

グラファイトやＮｂ_２Ｏ_５を上面に載せた薄鋼板は圧延後に下向きに反ることから、Ｎｂ_２Ｏ_５を載せた上面にはグラファイトと同様の摩擦低減効果があることが判明した。なお、図６におけるｘ軸方向に延伸する直線は、各マーク「×」、「■」、「＊」、「▲」、「◆」が、それぞれ縦軸のどの値周辺に分散しているかという目安（場所）を示している。例えば、同図中×で示すＮｂ_２Ｏ_５の塗布密度が、単位面積当たりの密度の１単位を（０．０００１ｇ／ｍｍ^２）とした時に、２単位の密度であれば、その指標を示すマーク「×」は、同図中右から矢印で「Ｇｒａｐｈｉｔｅ」と書いた直線よりも上に来る直線付近に分散しており、このことから、グラファイトより潤滑性が良い、という特徴が出ていることが同図より把握することができる。また、同図では、グラファイトと同様の潤滑効果があると評価できる範囲を部分楕円で図示している。すなわち、塗布密度（濃度）が、１×０．０００１ｇ／ｍｍ^２（マーク「＊」），１．５×０．０００１ｇ／ｍｍ^２（マーク「■」），２×０．０００１ｇ／ｍｍ^２（マーク「×」）であれば、グラファイトと同様の潤滑効果があると評価できる。

また、薄鋼板の上面にＮｂ_２Ｏ_５を載せるという条件は同じであっても、８００℃に加熱した薄鋼板を圧延した場合の下向きの反りが、６００℃に加熱した鋼板を圧延した場合の下向きの反りよりも大きいことから、Ｎｂ_２Ｏ_５の潤滑効果は高温になるほど高くなることが判明した。また、８００℃で圧延した場合における反り部分の曲率は、グラファイトを用いた場合とＮｂ_２Ｏ_５を用いた場合で同程度であることから、Ｎｂ_２Ｏ_５による摩擦係数はグラファイトによる摩擦係数と同程度であると結論づけることができる。また、本発明者は、１０００℃で圧延した場合も８００℃の場合と同じような効果が得られることを確認した。

以上より、Ｎｂ_２Ｏ_５が高温域でグラファイトと同様の優れた潤滑性能を有することが判明した。したがって、Ｎｂ_２Ｏ_５の粉末そのものを有用な熱間加工用潤滑剤として用いることができる。

一方、Ｎｂ_２Ｏ_５は微粉末であるため、熱間加工用の潤滑剤としてそのままの状態で使用するには限界がある。例えば圧延処理の際に被圧延材の下面にＮｂ_２Ｏ_５の粉末そのものを事前塗布しようとしても、粘着性が無いために直ぐに落剥してしまい、潤滑剤としての機能を発揮し難い。また、熱間圧延処理の直前にスプレー等を用いてＮｂ_２Ｏ_５の粉末そのものを被圧延材に吹き付けようとしても、被圧延材の下面に吹き付けたＮｂ_２Ｏ_５は直ぐに落ちてしまうため、やはり潤滑剤としての機能を発揮し難い。さらに、熱間鍛造等などで被加工材を複雑な形状に成形する時には、微粉末であるＮｂ_２Ｏ_５をそのままの状態で必要な部分に必要量だけ塗布することが困難であり、潤滑剤としての用をなさないおそれがある。

そこで、本発明者は、微粉末であるＮｂ_２Ｏ_５に、粘着性を有する媒材を混合することで、極めて実用性の高い潤滑剤になることを見出した。このような本発明に係る潤滑剤によれば、被加工材の所定の面に対して、熱間加工を行う前に塗布（事前塗布）することによって、微粉末であるＮｂ_２Ｏ_５が被加工材の所定の面（塗布面）から落剥する事態を防止して、熱間加工中及び熱間加工後に媒材が加熱で炭化してしまった後でもＮｂ_２Ｏ_５の落剥を防ぎ、熱間加工用潤滑剤としての機能を十分に発揮する。

本実施形態では、粘着性を有する媒材としてデキストリンを含む粘性体を適用している。具体的に、本実施形態に係る熱間加工用潤滑剤は、デキストリンを水に混合した粘性体を媒材として適用している。この媒材に、白色微粉末であるＮｂ_２Ｏ_５を均質になるように混合した本実施形態に係る熱間加工用潤滑剤は、被加工材の所定の面（被加工面）に対して熱間加工処理前に塗布（事前塗布）可能なものである。なお、粘性体の媒材は、スプレーする場合であればスプレーのノズルを通る程度に流動性があればよく、刷毛などで塗る場合には団子になってしまって塗布できない事態に陥らなければ、実際の使用上問題にならない。また、本実施形態に係る熱間加工用潤滑剤において、Ｎｂ_２Ｏ_５の濃度範囲は特に限定されず、被加工面にＮｂ_２Ｏ_５をどの程度の濃度で塗布しているか（つまり残存しているか）が問題となり、特に有効な範囲は、図６から把握できるように、１×０．０００１ｇ／ｍｍ^２以上（図６中のマーク「×」、「■」、「＊」）である。

本実施形態に係る熱間加工用潤滑剤の効果を確認すべく、本発明者は、厚さ２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ１００ｍｍの中炭素鋼の板に付与する潤滑状態を、以下の複数の潤滑条件から適宜選択して組み合わせた複数のケース（全１２ケース）で実験を行った。

潤滑条件は次の４つである。条件Ａは無潤滑（潤滑剤なし）であり、条件ＢはＮｂ_２Ｏ_５粉単体であり、条件ＣはＮｂ_２Ｏ_５粉を上述の粘性体の媒材（デキストリンを水に混合した粘性体の媒材）に混ぜ込んだもの（本実施形態に係る潤滑剤）であり、条件Ｄはデキストリンを水に混合した粘性体そのものである。

本実験においては、被圧延材である中炭素鋼の板の上面、あるいは下面に潤滑剤を塗布し、あるいは全く塗布せずに、大気炉で１０００℃に加熱した後、圧延機にかけて圧延処理を行い、圧延後の反りを評価した。ここで、条件ＢのＮｂ_２Ｏ_５粉単体は、被圧延材の上面に塗布することは可能であるものの、剥落の問題があるため、被圧延材の下面に塗布することはできないため、条件Ｂは必然的に被圧延材の上面にのみ付与可能な潤滑条件となる。なお、条件Ｃの本実施形態に係る潤滑剤を被圧延材の上面や下面に塗布したケースでは、塗布面積あたりのＮｂ_２Ｏ_５粉の密度が、条件ＢであるＮｂ_２Ｏ_５粉単体を被圧延材の上面に塗布したケースの場合と同じ密度となるように調整した。

ケース１は、被圧延材の上面及び下面の両面が条件Ａであり、ケース２は、被圧延材の上面及び下面の両面が条件Ｃであり、ケース３は、被圧延材の上面及び下面の両面が条件Ｄであり、結果は何れも「反り無し（平坦）」であった。これらのことから、被圧延材の上面及び下面の潤滑条件が同じであれば、反りは生じないことが理解できる。

ケース４は、被圧延材の上面が条件Ａ、下面が条件Ｃであり、結果は「上反り」であった。このことから、本実施形態に係る潤滑剤を塗布した面は、潤滑剤を塗布していない面よりも摩擦係数が低いことが把握でき、本実施形態に係る潤滑剤を塗布した下面には摩擦低減効果があることが判明した。

ケース５は、被圧延材の上面が条件Ａ、下面が条件Ｄであり、結果は「反り無し（平坦）」であった。このことから、デキストリンを水に混合した粘性体そのものを塗布した被圧延材の面は、潤滑剤を塗布しない場合の被圧延材の面と同等の摩擦係数を有することが推察できる。

ケース６は、被圧延材の上面が条件Ｂ、下面が条件Ａであり、結果は「下反り」であった。このことから、Ｎｂ_２Ｏ_５単体を塗布した上面は、潤滑剤を塗布していない下面よりも摩擦係数が低いことが把握でき、Ｎｂ_２Ｏ_５単体を塗布した上面には摩擦低減効果があることが判明した。

ケース７は、被圧延材の上面が条件Ｂ、下面が条件Ｃであり、結果は「反り無し（平坦）」であった。このことから、Ｎｂ_２Ｏ_５単体を塗布した上面と、本実施形態に係る潤滑剤を塗布した下面は、同等の摩擦係数であり、本実施形態に係る潤滑剤を被圧延材の下面に塗布した場合であっても当該下面からＮｂ_２Ｏ_５が剥落する事態を防止して、有効な摩擦低減効果を発揮することが確認できた。

ケース８は、被圧延材の上面が条件Ｂ、下面が条件Ｄであり、結果は「下反り」であった。このことから、Ｎｂ_２Ｏ_５単体を塗布した上面は、デキストリンを水に混合した粘性体そのものだけを塗布した下面よりも摩擦係数が低いことが把握できる。

ケース９は、被圧延材の上面が条件Ｃ、下面が条件Ａであり、ケース１０は、被圧延材の上面が条件Ｃ、下面が条件Ｄであり、結果は何れのケースも「下反り」であった。これらのことから、本実施形態に係る潤滑剤を塗布した面は、潤滑剤を塗布しない面やデキストリンを水に混合した粘性体それ自体のみを塗布した面よりも摩擦係数が低いことが把握でき、本実施形態に係る潤滑剤を塗布した面には摩擦低減効果があることが判明した。

ケース１１は、被圧延材の上面が条件Ｄ、下面が条件Ａであり、結果は「反り無し（平坦）」であった。このケース１１及び上述のケース５から、デキストリンを水に混合した粘性体そのものだけを塗布した被圧延材の面は、潤滑剤を塗布しない被圧延材の面と同様の摩擦係数を有することが判明した。

ケース１２は、被圧延材の上面が条件Ｄ、下面が条件Ｃであり、結果は「上反り」であった。このことから、本実施形態に係る潤滑剤を塗布した面は、デキストリンを水に混合した粘性体そのものだけを塗布した面よりも摩擦係数が低いことが把握できる。

また、反りが出現した上述のケース４、６、８、９、１０及び１２において、反りの曲率は全て同じであった。このことから、本実施形態に係る潤滑剤は、金属の熱間加工用潤滑剤として優れた潤滑性能を有し、被圧延材の下面に塗布したケースであっても、Ｎｂ_２Ｏ_５単体を塗布した面と同等の潤滑性能が担保されるものであることが判明した。

このように、少なくとも酸化ニオブの粉末を含有する熱間加工用潤滑剤によれば、高温域においても黒鉛系潤滑剤の代表例であるグラファイトと同等の潤滑特性を発揮し、且つＮｂ_２Ｏ_５が、白色微粉末であり、電気を通さないため、黒鉛系潤滑剤であれば生じる不具合、つまり、熱間加工設備の周辺に黒色微粒子が飛び散ることに起因する作業環境の悪化や、黒鉛系潤滑剤の使用現場において電気配線の近傍に黒鉛系潤滑剤の細かい粉末が付着した場合に、黒鉛系潤滑剤が通電性であることに起因する設備トラブル（漏電の危険）等の不具合を防止・抑制することが可能である。

そして、Ｎｂ_２Ｏ_５単体を熱間加工用潤滑剤として使用することは可能である一方で、Ｎｂ_２Ｏ_５単体をそのままの状態で熱間加工前に被加工材のうち上面（上向き面）以外の面に塗布した場合には、粘着性が無いために直ぐに落剥してしまい、潤滑剤としての用をなさないが、Ｎｂ_２Ｏ_５を粘着性のある媒材に混合した熱間加工用潤滑剤であれば、被加工材のうち上面はもちろんのこと、上面以外の面（下向き面や水平ではない面）にも事前塗布した場合に剥落する事態を防止することができる。さらに、Ｎｂ_２Ｏ_５単体をそのままの状態で事前塗布する場合、落剥の問題があるため、Ｎｂ_２Ｏ_５単体を必要な部分に必要量だけ塗布することは困難であるが、Ｎｂ_２Ｏ_５を粘着性のある媒材に混合した潤滑剤であれば、事前塗布する場合に、剥落の事態が生じず、必要な部分に必要量だけ塗布することが可能であり、熱間加工用潤滑剤としての機能を十分に発揮する。

また、上述の少なくとも酸化ニオブの粉末を含有する熱間加工用潤滑剤を金属である被加工材のうち所定の面（例えば、被加工材のうち熱間工具に接触し得る面全体）に塗布した状態で熱間加工する金属の熱間加工方法によれば、熱間加工用潤滑剤による上述の作用効果を得ることができ、熱間加工用の工具と被加工材の摩擦や、熱間工具の摩耗等の損耗、及び被加工材の表面の損傷をすべて防止・抑制するとともに、被加工材が工具表面に良く馴染む一方、熱間加工後に工具と被加工材が相互に離れやすくなり、熱間加工処理を適切且つスムーズに行うことが可能である。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、Ｎｂ_２Ｏ_５と混合する媒材としてデキストリンを水に混合した粘性体を例示したが、粘着性があれば小麦粉や寒天を水に混合した粘性体、あるいは片栗粉を温水に混合した粘性体等、他の媒材を適用することもできる。本発明に係る潤滑剤は、Ｎｂ_２Ｏ_５を媒材に均質になるように混合したものであることが好ましいが、要求される潤滑性能等に応じてＮｂ_２Ｏ_５を媒材に非均質に混合したものであっても構わない。

また、Ｎｂ_２Ｏ_５単体をそのまま用いても落剥の危険性が無い場合は、デキストリンを水に混合した粘性体の媒材に混ぜることなく、そのまま粉末状の潤滑剤として使用することも可能である。すなわち、本発明は、少なくとも酸化ニオブの粉末を含む粉末状の潤滑剤、少なくとも酸化ニオブの粉末を含む粘性体の潤滑剤、これら何れのタイプの熱間加工用潤滑剤も包含するものである。

また、少なくとも酸化ニオブの粉末を含む粉末状の潤滑剤としては、例えば、酸化ニオブの粉末のみからなる潤滑剤の他に、酸化ニオブの粉末と酸化ニオブ以外の１種類または複数種類の粉末が混合された粉末状の潤滑剤であってもよい。この場合、酸化ニオブ以外の粉末は、デキストリン、小麦粉、片栗粉等のように、水が添加されることで粘性体になり得るもの、換言すれば、水等の液体が添加されることで媒材として機能し得る粉末であってもよいし、水等の液体が添加されても粘性体にならない粉末であってもよい。

また、酸化ニオブの粉末と酸化ニオブ以外の粉末が混合された粉末状の潤滑剤や、酸化ニオブの粉末に粘性体または粉末状の媒材を混合した潤滑剤では、その潤滑剤における酸化ニオブの混合比率（濃度範囲）は特に限定されず、被加工面に酸化ニオブをどの程度の濃度で塗布しているか（つまり残存しているか）が重要であり、特に有効な範囲は、１×０．０００１ｇ／ｍｍ^２以上である。なお、被加工面に対する酸化ニオブの塗布量が、１×０．０００１ｇ／ｍｍ^２未満である場合を、本発明の権利範囲から積極的に排除するものではない。

また、本発明に係る潤滑剤は熱間加工全般に広く適用可能なものである。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

Claims

金属である被加工材の熱間加工に用いられる潤滑剤であって、
少なくとも酸化ニオブの粉末を含有するものであることを特徴とする熱間加工用潤滑剤。
前記酸化ニオブの粉末に媒材を混合したものである請求項１記載の熱間加工用潤滑剤。
前記媒材が、少なくともデキストリンを含む粘性体である請求項２に記載の熱間加工用潤滑剤。
前記媒材が、少なくともデキストリンの粉末を含有するものである請求項２に記載の熱間加工用潤滑剤。
請求項１乃至４の何れかに記載の熱間加工用潤滑剤を、前記被加工材のうち所定の面に塗布した状態で熱間加工することを特徴とする金属の熱間加工方法。