JP3301446B2

JP3301446B2 - 熱処理油組成物

Info

Publication number: JP3301446B2
Application number: JP27127992A
Authority: JP
Inventors: 均内田; 三郎小山; 英一中村
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1992-10-09
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JPH06136435A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理油組成物、特に
焼入れ油組成物に関し、詳しくは高温での安定性に優
れ、高油温条件での焼入れに適するとともに、処理物に
優れた光輝性と長い光輝性寿命を付与することができ
る、新しいタイプの熱処理油組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
熱処理、例えば焼入れ処理は、高温に加熱されている金
属を６０〜１５０℃の焼入れ油に入れて急速に冷却し、
硬化させている。この焼入れ処理において、歪みを効果
的に是正するために、１７０〜２５０℃と、より高油温
下で焼入れすることが望ましい。しかるに、従来公知の
熱処理油、例えば、鉱油，脂肪酸，アルケニルコハク
酸，イミド等を配合した熱処理油（特開昭５２−４５０
８号公報，同６１−１５９１３号公報あるいは同６１−
１０６７１０号公報等）は、高温での安定性が劣ってい
ることから、高油温下で用いると、焼きが入らなかった
り、光輝性が不充分であったり、あるいはその光輝性寿
命が短かくなるという種々の問題があった。そして、光
輝性不良は、焼入れ歪みを増大させる原因の一つになっ
ていた。一方、高度に精製された基油を用いることによ
って、高温での安定性を向上させることができるが、こ
の場合には冷却むらが起こり易く、その結果、光輝性不
良、焼きむら、および焼入れ歪みを増大させることが知
られている。その他、焼入れ歪みを低減させる好適な方
法として、ソルトによるマルクエンチ処理（液温２３０
℃前後）が知られているが、焼入れ油による処理と比べ
て作業性が悪く、環境面でも問題がある。

【０００３】そこで、本発明者等は、かかる従来の上記
課題を解消し、高油温下で焼入れすることができ、しか
も光輝性が優れ、歪みをなくした金属処理物を得ること
のできる熱処理油組成物を開発すべく鋭意研究を重ね
た。その結果、高度に精製された鉱油および合成油を基
油として、サリチル酸のアルカリ土類金属塩を配合した
場合、または高度に精製された鉱油および合成油に一定
量の硫黄分を配合したものを基油として、各種の添加剤
を配合した場合に、上記の目的を達成できることを見出
した。本発明は、このような知見に基いて完成したもの
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、
（Ａ）硫黄分３００ｐｐｍ以下の鉱油および合成油のう
ち少なくとも一種からなる基油に、（Ｂ）サリチル酸の
アルカリ土類金属塩を含有してなることを特徴とする熱
処理油組成物を提供するものである。また本発明は、
（Ａ）硫黄分３００ｐｐｍ以下の鉱油および合成油のう
ち少なくとも一種に、（Ｃ）硫黄および硫黄化合物のう
ち少なくとも一種を配合してなる基油であって、該
（Ｃ）成分を該基油の全硫黄分が３〜１０００ｐｐｍと
なるように配合してなる基油を含有することを特徴とす
る熱処理油組成物をも提供する。更に本発明は、上記い
ずれかの熱処理油組成物を用いて、高油温で処理するこ
とを特徴とする焼き入れ方法をも提供する。

【０００５】先ず本発明の（Ａ）成分は、単独で、また
は後述のように硫黄分を調整して、基油に用いられるも
のであり、硫黄分３００ｐｐｍ以下の鉱油および合成油
のうち少なくとも一種からなる。ここで鉱油の硫黄分が
３００ｐｐｍを超える場合には、光輝性不良や焼入れ歪
みなどが起こり易くなる。一方、鉱油の精製度を更に高
めて、好ましくは硫黄分を１００ｐｐｍ以下、特に好ま
しくは３０ｐｐｍ以下にした場合には、本発明の組成物
を用いて焼入れをした処理物の光輝性寿命を、より長く
することができる。この硫黄分に関する条件は、合成油
でも同様である。（Ａ）成分として用いられる鉱油およ
び合成油の種類は特に制限を受けるものではない。鉱油
としては、パラフィン基系鉱油，中間基系鉱油，ナフテ
ン基系鉱油から高度に精製されたものであって、前記の
硫黄分の条件を満たすものが用いられる。合成油として
は、様々なものがあるが、例えば炭素数２〜１６のオレ
フィンの（共）重合物（オリゴマーを含む），該オレフ
ィンの（共）重合物（オリゴマーを含む）の水素化物，
アルキルベンゼン，アルキルナフタレン，ポリフェニル
系炭化水素，各種エステルすなわちネオペンチルグリコ
ール，トリメチロールプロパン，ペンタエリスリトール
などの脂肪酸エステルなどを用いることができる。この
中で特に好適な合成油は、炭素数８〜１２の１−オレフ
ィンのオリゴマーあるいはその水素化物である。上記の
鉱油および合成油は、一種のみを単独で用いるだけでな
く、二種以上を任意の割合で混合して用いることもでき
る。そのようにして構成される（Ａ）成分は、通常１０
０℃における動粘度が２〜１００ｃＳｔである。

【０００６】上記の（Ａ）成分は、本発明の（Ｃ）成分
である硫黄および硫黄化合物を配合して、全硫黄分を３
〜１０００ｐｐｍ、好ましくは５〜８００ｐｐｍの範囲
に調整することによって、焼入れ歪みの低減，光輝性寿
命の延長とともに、初期の光輝性をも改善することがで
きる。さらに、全硫黄分を３〜１０００ｐｐｍに調整し
たときの窒素分が３０ｐｐｍ以下、特に２０ｐｐｍ以下
であれば一層好適である。上記の硫黄および硫黄化合物
は、一種のみを単独で用いるだけでなく、二種以上を任
意に組み合わせて用いることもできる。ここで処理物の
光輝性をより向上させるのに効果的な硫黄化合物として
は様々なものがあるが、例えばスルフィド類，ジスルフ
ィド類，ポリスルフィド類、メルカプタン類、チオフェ
ン類の化合物を用いることができる。具体的には、スル
フィド類としては、ジエチルスルフィド，ジｎ−プロピ
ルスルフィド，ジｎ−ブチルスルフィド，ジｉｓｏ−ブ
チルスルフィド，ジｔｅｒｔ−ブチルスルフィド，ジｎ
−ヘキシルスルフィド，ジフェニルスルフィド，ジベン
ジルスルフィド等を挙げることができる。また、ジスル
フィド類としては、ジエチルジスルフィド，ジｎ−プロ
ピルジスルフィド，ジｎ−ブチルジスルフィド，ジｉｓ
ｏ−ブチルジスルフィド，ジｓｅｃ−ブチルジスルフィ
ド，ジｔｅｒｔ−ブチルジスルフィド，ジｎ−ヘプチル
ジスルフィド，ジｔｅｒｔ−ヘプチルジスルフィド，ジ
ｔｅｒｔ−ラウリルジスルフィド，ジフェニルジスルフ
ィド，ジベンジルジスルフィド等を挙げることができ
る。そして、ポリスルフィド類としては、ジベンジルポ
リスルフィドがある。メルカプタン類としては、ｎ−ブ
チルメルカプタン，ｎ−ヘキシルメルカプタン，ｔｅｒ
ｔ−ドデシルメルカプタン，ｎ−テトラデシルメルカプ
タン，ｎ−セシルメルカプタン，チオフェノール，ｐ−
チオクレゾール等を挙げることができる。更に、チオフ
ェン類としては，チオフェン，ジベンゾチオフェン等が
ある。その他、アルカリ土類金属硫化アルキルフェネー
ト，ジチオリン酸金属（Ｚn-ＤＴＰ等），硫黄分2.０％
以下の鉱油，硫化鉱油，硫化オレフィン，硫化油脂等を
挙げることができる。この硫黄分2.０％以下の鉱油につ
いては、特に窒素分４００ｐｐｍ以下であるものが好ま
しい。なお、配合する硫黄化合物として、例えば、スル
ホキシド，スルホン酸やその塩類では、処理物の光輝性
の向上や焼入れ歪みの低減は殆ど認められない。

【０００７】本発明の（Ｂ）成分であるサリチル酸のア
ルカリ土類金属塩は、上記の（Ａ）成分単独または
（Ａ）成分に（Ｃ）成分を添加してなる基油に配合して
用いられる。このようなサリチル酸のアルカリ土類金属
塩としては、様々なものを用いることができるが、好適
なものとしては、一般式（Ｉ）

【０００８】

【化１】

【０００９】（式中、Ｒ¹は炭素数８〜２０のアルキル
基を示し、ｎは１〜４の整数を示し、ＭはＣa ，Ｂa ま
たはＭg を示す。）で表わされるサリチレート化合物を挙げることができ
る。その塩基価（ＴＢＮ）は、５００ｍｇＫＯＨ／ｇ以
下、好ましくは１００〜４００ｍｇＫＯＨ／ｇのものを
用いると、処理物の光輝性の向上に効果的である。特に
カルシウムサリチレートやマグネシウムサリチレートが
好適である。上記のサリチル酸のアルカリ土類金属塩
は、一種のみを単独で用いるだけでなく、二種以上を任
意に組み合わせて用いることもできる。その配合量は、
特に制限はなく、各種の状況により異なるが、通常は組
成物全体に対して0.１〜５０重量％、好ましくは１〜３
０重量％である。配合量が0.１重量％未満では、本発明
の目的とする効果が得られない場合が多い。また、５０
重量％を超えても、配合量に相当する効果の向上は認め
られず、経済的に不利である。

【００１０】本発明の（Ｄ）成分であるスルホン酸およ
びフェノールの各アルカリ土類金属塩は、（Ｂ）成分で
あるサリチル酸のアルカリ土類金属塩と同様に用いるこ
とができるが、（Ｄ）成分を用いる場合には、（Ａ）成
分に（Ｃ）成分を添加してなる基油に配合する必要があ
る。（Ａ）成分単独からなる基油では、本発明の目的と
する効果が得られない場合が多い。スルホン酸およびフ
ェノールのアルカリ土類金属塩は、様々なものを用いる
ことができる。例えば、スルホン酸のアルカリ土類金属
塩の場合に好適なものとしては、一般式（II）

【００１１】

【化２】

【００１２】（式中、Ｒ²およびＲ³は、それぞれ水素
または炭素数１２〜２４のアルキル基を示し、かつＲ²
およびＲ³が同時に水素であることはない。Ｍは上記と
同様である。）で表わされるスルホネート化合物である。また、フェノ
ールのアルカリ土類金属塩の場合に好適なものとして
は、一般式（III)

【００１３】

【化３】

【００１４】（式中、Ｒ⁴は炭素数９〜２４のアルキル
基を示し、ｍは１〜４の整数を示し、Ｍは上記と同様で
ある。）で表わされるフェネート化合物を挙げることができる。
上記のスルホン酸およびフェノールの各アルカリ土類金
属塩は、一種のみを単独で用いるだけでなく、二種以上
を任意に組み合わせて用いることもできる。さらに、
（Ｂ）成分と組み合わせることもできる。なお、これら
の塩基価（ＴＢＮ）および配合量に関する条件は、
（Ｂ）成分であるサリチル酸のアルカリ土類金属塩と同
様である。

【００１５】本発明の組成物は、基本的には上記の
（Ａ）成分単独または（Ａ）成分に（Ｃ）成分を添加し
てなる基油に対して、（Ｂ）成分または（Ｄ）成分を配
合することによって調製されるが、さらに所望により、
バリウム化合物（Ｅ），酸化防止剤（Ｆ），その他の各
種添加剤を配合することができる。ここで（Ｅ）成分で
あるバリウム化合物としては、種々のものを用いること
ができるが、バリウムスルホネートまたはバリウムナフ
テネートが、最も効果的である。このうち、バリウムス
ルホネートは、中性のものや塩基性のもので塩基価（Ｔ
ＢＮ）が０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇのものが用いられ
る。バリウム化合物の配合量は、特に制限はなく、
（Ａ）〜（Ｄ）各成分の種類や処理物の種類，焼入れ条
件等、更には処理物の目的とする性状等によって異なる
が、通常は組成物全体に対して５０〜２5,０００ｐｐｍ
（バリウム換算）である。これらのバリウム化合物を配
合すれば、特に初期（新油時）における処理物の光輝性
や焼入れ歪みの低減を一層向上させることができる。

【００１６】また、（Ｆ）成分である酸化防止剤は、通
常は組成物全体に対して0.０５〜１０重量％配合するの
が効果的である。この酸化防止剤としては、ヒンダード
フェノール系の酸化防止剤（例えば２，６−ジｔｅｒｔ
−ブチルパラクレゾールなど），アミン系酸化防止剤
（例えばα−ナフチルアミン，フェニルナフチルアミ
ン，ジフェニルアミンなど）または、りん系酸化防止剤
などを挙げることができる。その他の添加剤としては、
冷却性向上剤（例えばポリブテン，ポリメタアクリレー
トなど）や光輝剤（コハク酸，ソルビタンエステル，コ
ハク酸イミドなど）などが挙げられる。

【００１７】本発明の組成物を用いて、鋼材等の金属材
料を焼入れ処理するには、熱処理油である組成物の温度
を、通常の焼入れ処理の温度（６０〜１５０℃程度）に
設定してもよいが、好ましくは１７０〜２５０℃の高温
に設定することが好ましい。このような高油温条件で、
本発明の組成物を用いて、鋼材等の金属材料を焼入れ処
理すれば、冷却むらが起こりにくいことから、処理物に
優れた光輝性と長い光輝性寿命を付与することができ、
更に、処理物の歪みを低減させることができる。また本
発明の組成物は、高温での安定性に優れていることか
ら、長期間の使用に耐えることができる。なお、本発明
の組成物は、焼入れ処理のみならず、焼戻し処理におい
ても同様に有効である。

【００１８】

【実施例】次に、本発明を実施例および比較例に基い
て、さらに詳しく説明する。各実施例および比較例にお
ける各成分の配合割合は、第１表に示す通りである。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】

【表５】

【００２４】実施例１〜１４および比較例１〜３これらの実施例および比較例は、次の如く行った。すな
わち、試験片としては、鋼材Ｓ４５Ｃ（径１０ｍｍ×長
さ４０ｍｍ，硬度Ｈ_RC１６）を用いた。この試験片を第
１表に示す組成で調製した各焼入れ油に投入し、焼入れ
処理した。なお、焼入れ条件は、油温２００℃とした。
また、用いた鉱油は、１００℃で１０ｃＳｔのパラフィ
ン系鉱油である。熱処理油の性能評価は、新油および強
制劣化油で焼入れ処理後の光輝性の変化から判定した。
なお、強制劣化方法は、インディアナ酸化試験法（ＩＯ
Ｔ）に従った。劣化油の製造条件油温１７０℃ 空気１０リットル／分触媒Ｆe ，Ｃu 光輝性能の判定（表面外観） ◎ ：良好・・・表面全面の金属光沢に変色部なし。 ○ ：良・・・光沢がやや低下し、淡灰色部がある。 △ ：やや不良・・・一部黒〜褐色に変色。 × ：不良・・・黒色，褐色で金属光沢なし。

【００２５】性能評価の結果は、第２表に示した通りで
ある。なお、実施例１，７の２４時間劣化油を用いて焼
入れた処理物の硬度は、いずれもほぼＨ_RC４５であっ
た。

【００２６】

【表６】

【００２７】

【表７】

【００２８】

【表８】

【００２９】

【表９】

【００３０】第２表から、本発明の実施例では、比較例
に比べていずれも優れた結果がでている。すなわち、
（Ａ）成分と（Ｂ）成分の配合効果は、実施例１，４，
１０と比較例３を比べることによって認められる。また
（Ａ）成分と（Ｃ）成分からなる基油に（Ｂ）成分を配
合した場合には、さらに優れた効果が認められる（実施
例２，３，７を参照せよ。）。一方、（Ａ）成分，
（Ｃ）成分および（Ｄ）成分を組み合わせた場合の効果
は、実施例１１，１２と比較例２を比べることによって
認められる。さらに（Ｅ）成分および（Ｆ）成分を組み
合わせた場合の効果（実施例６〜９を参照せよ。）は、
極めて顕著なものである。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の熱処理油組成物
は、従来法に比べて高油温下の焼入れ処理において優れ
ると共に、特に、本発明の各成分を組み合わせることに
よって、その性能を大幅に向上させることができる。し
たがって、本発明の熱処理油組成物は、高油温下の焼入
れ処理用として、利用価値は極めて高い。特に、ＣＡＦ
Ｅ(Cooperated Average Fuel Economy) 対策や騒音対策
が重要な浸炭ギヤー、ベアリングレースなどの精密部品
の焼入れ分野において、極めて高い利用価値を有してい
る。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−106710（ＪＰ，Ａ) 特開平２−269196（ＪＰ，Ａ) 特公昭49−14843（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭39−24634（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭48−35325（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭50−3082（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 1/56 - 1/613

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）硫黄分３００ｐｐｍ以下の鉱油お
よび合成油のうち少なくとも一種からなる基油に、
（Ｂ）サリチル酸のアルカリ土類金属塩を含有してなる
ことを特徴とする熱処理油組成物。
【請求項２】（Ａ）硫黄分３００ｐｐｍ以下の鉱油お
よび合成油のうち少なくとも一種に、（Ｃ）硫黄および
硫黄化合物のうち少なくとも一種を配合してなる基油で
あって、該（Ｃ）成分を該基油の全硫黄分が３〜１００
０ｐｐｍとなるように配合してなる基油を含有すること
を特徴とする熱処理油組成物。
【請求項３】（Ｂ）サリチル酸のアルカリ土類金属塩
を含有することを特徴とする請求項２記載の熱処理油組
成物。
【請求項４】鉱油が、硫黄分１００ｐｐｍ以下である
請求項１または２記載の熱処理油組成物。
【請求項５】合成油が、炭素数８〜１２の１−オレフ
ィンのオリゴマーあるいはその水素化物である請求項１
または２記載の熱処理油組成物。
【請求項６】（Ｅ）バリウム化合物を含有することを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理油組
成物。
【請求項７】請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理
油組成物を用いて、高油温で処理することを特徴とする
焼き入れ方法。