JP3468145B2

JP3468145B2 - 熱間塑性加工用潤滑剤および熱間塑性加工方法

Info

Publication number: JP3468145B2
Application number: JP02843699A
Authority: JP
Inventors: 勝井澤; 憲治坪内; 純生飯田; 哲也中西; 正美今村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2003-11-17
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: JP2000226591A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばマンドレ
ルミル圧延、アッセルミル圧延、プラグミル圧延および
ピルガーミル圧延などの延伸圧延の前に、高温の中空素
管の内面に付着させて用いるのに有効な熱間塑性加工用
潤滑剤と、この潤滑剤を用いた熱間塑性加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、マンドレルミル圧延法による継
目無管の製造は、一般に次のようにして行われる。加
熱された丸鋼片をピアサーにより穿孔して中空素管とす
る。中空素管の内部にマンドレルバーを挿入した状態
で、一対の孔型ロールを備えたスタンドが複数配置され
たマンドレルミルで延伸圧延して肉厚管とする。肉厚
管を再加熱した後ストレッチレデューサにより外径圧下
と減肉を行い、その後冷却して所定の寸法の継目無管と
する。

【０００３】マンドレルミル圧延法で製造される継目無
管の材質は、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル基合金な
ど多岐にわたり、また、マンドレルバーは、材質として
熱間工具鋼（例えばＪＩＳＳＫＤ６）が一般に採用さ
れ、その表面にＣｒメッキ層を備える場合もある。

【０００４】前記の工程中、中空素管をマンドレルミル
で延伸圧延するとき、中空素管の内表面とマンドレルバ
ーの外表面との間（以後、加工界面という。）に相対す
べりが生じる。この相対すべりが円滑に行われるよう
に、加工界面が潤滑処理され、中空素管とマンドレルバ
ーとの焼付、およびマンドレルバーの摩耗が防止され
る。

【０００５】加工界面に対する潤滑方法として、マンド
レルバー表面に、黒鉛などの固体潤滑剤と樹脂系有機バ
インダーとを主成分とする水分散型潤滑剤を塗布した後
乾燥させ、潤滑剤を固体潤滑被膜としてマンドレルバー
表面に形成する方法（以後、Ａ法という。）と、高温の
中空素管の内表面に、融点が中空素管の温度よりも低い
食塩、硼砂などの潤滑剤を付着させて中空素管の熱によ
り溶融させ、潤滑剤を流体潤滑被膜として中空素管の内
表面に形成する方法（以後、Ｂ法という。）とがあり、
これらの方法が単独で用られるかまたは併用される。

【０００６】例えば、炭素鋼からなる中空素管を、材質
がＪＩＳＳＫＤ６で表面に金属メッキ層を備えないマ
ンドレルバーを用いて延伸圧延する場合は、Ａ法の潤滑
で十分でありＢ法の併用は必ずしも必要でない。しか
し、中空素管が炭素鋼であっても、寿命向上のために表
面にクロムメッキ層を備えるマンドレルバーを用いる場
合は、クロムメッキ層を保護するためにＡ法とＢ法とを
併用する必要がある。

【０００７】Ｂ法に用いて有効な潤滑剤として、アルカ
リ金属炭酸塩およびアルカリ金属カルボン酸塩から選ば
れた１種以上と黒鉛とからなる潤滑剤を、本出願人はす
でに提案した（特開平８−４１４７４号公報参照）。

【０００８】この潤滑剤をマンドレルミルによる延伸圧
延に適用し、前記潤滑剤を高温の中空素管の内面に吹き
込んで、流体潤滑皮膜を中空素管の内面に形成し（Ｂ
法）、一方、黒鉛−樹脂系固体潤滑被膜をマンドレルバ
ー表面に形成し（Ａ法）、このマンドレルバーを前記中
空素管の内面に挿入した状態で延伸圧延すれば、中空素
管が焼付の生じ易い材質であっても、摩擦係数を低下さ
せ、焼付を防止することができる。

【０００９】ところが、アルカリ金属炭酸塩である例え
ば炭酸ナトリウム、炭酸カリウムは、８５０℃以上でア
ルカリ金属の酸化物である酸化ナトリウム、酸化カリウ
ムに分解される。したがって、潤滑剤中にアルカリ金属
炭酸塩が多量に含まれると、分解された前記アルカリ金
属の酸化物により、マンドレルバー表面のクロムメッキ
層が腐食されることがある。

【００１０】また、延伸圧延終了後のマンドレルバー表
面に付着した前記酸化物は、マンドレルミルのロールを
冷却する冷却水や水蒸気に触れて瞬時に強アルカリ性の
水酸化物を生成し、マンドレルバー表面のクロムメッキ
層に微細なクラックが発生した場合は、前記水酸化物が
微細なクラックから内部に侵入して、クロムメッキ層が
剥離することがある。

【００１１】なお、特開平１０−３６８７６号公報に
は、アルカリ金属硫酸塩およびアルカリ金属硼酸塩を必
須成分とし、さらに脂肪酸のアルカリ金属塩、脂肪酸の
アルカリ土類金属塩、固体潤滑剤および水溶性熱可塑性
樹脂を含む潤滑剤組成物を水に分散させた潤滑剤中に、
被加工材を浸漬した後乾燥し、冷間または熱間で塑性加
工する方法が記載されている。

【００１２】しかし、この潤滑剤は潤滑処理の前処理剤
として用いられるもので、加工時には例えば鉱物油を必
要とし、潤滑剤自体の潤滑性は劣る。また、水に分散さ
せた潤滑剤であるため、仮にこの潤滑剤をマンドレルミ
ルによる延伸圧延時に、中空素管の内面に噴射して潤滑
処理した場合、潤滑剤は中空素管の内表面で水玉状とな
って部分的に付着し、潤滑剤の付着しない部分の潤滑が
行われない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】一方、焼付の起こりや
すいステンレス鋼からなる中空素管を延伸圧延する場合
は、マンドレルバー表面のクロムメッキ層の有無に拘わ
らず、Ａ法とＢ法とを併用しても潤滑性能が不十分で、
延伸圧延された後の肉厚管の内面に焼付が発生し、また
マンドレルバー表面に施されたクロムメッキ層の剥離や
摩耗が生じることが多い。

【００１４】例えば、表面に５０μｍのクロムメッキ層
を備えるマンドレルバーの表面に、前記Ａ法に従って固
体潤滑被膜を形成し、ＪＩＳＳＵＳ３０４からなる中
空素管を延伸圧延すると、肉厚管の内面に深さ０．５ｍ
ｍ以上の内面疵が発生するとともに、マンドレルバー表
面のクロムメッキ層が剥離するかまたは鋭くえぐられ、
ステンレス鋼中の成分が凝着した焼付が多発した。ま
た、マンドレルバー表面の焼付の発生していない部分で
も、そのクロムメッキ層の厚みは２０μｍ〜２５μｍま
で減少し、５０％以上の摩耗が生じた。

【００１５】圧延前の高温の中空素管の内面にＢ法に従
って流体潤滑被膜を形成した後、上記と同じ条件で延伸
圧延した場合（Ａ法とＢ法との併用）は、圧延後の肉厚
管に発生する内面疵の深さは、０．３ｍｍ〜０．２ｍｍ
程度と軽減されるが、マンドレルバー表面のクロムメッ
キ層の剥離やえぐれ疵が発生した。また、クロムメッキ
層の摩耗はＡ法のみの場合と同じレベルであり、クロム
メッキ層の摩耗防止効果が認められなかった。

【００１６】本発明の課題は、被加工材が焼付の起こり
やすいステンレス鋼であり、また表面にクロムメッキ層
を備える工具を用いる場合であっても、被加工材と工具
の焼付を防止することができるとともに、クロムメッキ
層の剥離および摩耗を防止するかまたは大幅に低減する
ことのできる熱間塑性加工用潤滑剤と、この潤滑剤を用
いた熱間塑性加工方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
（１）および（２）の熱間塑性加工用潤滑剤と、（３）
の熱間塑性加工方法にある。

【００１８】（１）アルカリ金属硼酸塩５０〜８０重量
％、鉄の酸化物５〜３０重量％、脂肪酸のアルカリ土類
金属塩０〜３０重量％、脂肪酸のアルカリ金属塩０〜３
０重量％およびアルカリ金属の硫酸塩０〜３０重量％か
らなることを特徴とする熱間塑性加工用潤滑剤。

【００１９】（２）脂肪酸のアルカリ土類金属塩５〜３
０重量％、脂肪酸のアルカリ金属塩５〜３０重量％およ
びアルカリ金属の硫酸塩１〜３０重量％のうちの１種以
上を含むことを特徴とする前記（１）に記載の熱間塑性
加工用潤滑剤。（３）前記（１）または（２）の熱間塑性加工用潤滑剤
を、熱間塑性加工温度に加熱された被加工材の加工表面
に付着させた後、前記潤滑剤付着面に工具を接触させて
加工することを特徴とする熱間塑性加工方法。

【００２０】

【発明の実施の形態】まず、本発明の潤滑剤の組成につ
いて説明する。

【００２１】アルカリ金属硼酸塩：アルカリ金属硼酸塩
として、無水硼酸ナトリウムおよびその水和物である硼
砂（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇・１０Ｈ₂Ｏ）、硼砂の風解したチンカ
ルコナイト（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₅・３Ｈ₂Ｏ）およびその無水
塩（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇）が挙げられる。

【００２２】アルカリ金属硼酸塩は、熱間塑性加工温度
で溶融して被加工材の表面に付着し、潤滑性能を発揮す
るもので、必須の成分である。例えば硼砂の融点は、７
５０〜１２００℃程度であり、この温度領域で溶融して
被加工材表面に対する付着性が高まり、高温の被加工材
と工具との間の潤滑に特に有効である。このような潤滑
性能を発揮させるためには、５０重量％以上必要であ
る。

【００２３】しかし、溶融したアルカリ金属硼酸塩はガ
ラスのように粘性が高いため、被加工材の表面温度が低
い場合には摩擦抵抗が増大する虞があるので、上限を８
０重量％とする。なお、好ましい範囲は、６０〜８０重
量％である。

【００２４】鉄の酸化物：鉄の酸化物として、ウスタイ
ト(ＦｅＯ）、ヘマタイト（Ｆｅ₂Ｏ₃)、マグネタイト
（Ｆｅ₃Ｏ₄）が挙げられる。

【００２５】鉄の酸化物は、アルカリ金属硼酸塩と混合
することにより高温で低融点化合物を生成し、粘性が高
いアルカリ金属硼酸塩単体に比べて高温粘性を低下させ
る。したがって、例えばマンドレルミル圧延における延
伸圧延後の肉厚管からマンドレルバーを容易に離脱させ
るのに有効であり、必須の成分である。

【００２６】マンドレルミル圧延における中空素管が炭
素鋼の場合は、延伸圧延前に発生したスケール（鉄の酸
化物）によって多少の粘性の低下効果は期待できるが、
潤滑剤中に鉄の酸化物を添加することにより、その作用
をよりいっそう高めることできる。

【００２７】特に、中空素管がステンレス鋼の場合は、
炭素鋼の場合のように厚いスケールの生成は望めず、そ
のため焼付を起こしやすい。このように、アルカリ金属
硼酸塩の高温粘性を低下させるという作用を得るために
は、鉄の酸化物は５重量％以上必要である。

【００２８】一方、鉄の酸化物が３０重量％を超える
と、粘性抵抗を増大させて十分な潤滑性能が得られな
い。なお、好ましい範囲は、５〜２５重量％である。

【００２９】本発明の潤滑剤は、前記の２成分からなる
ものであってもよい。しかし、更に次ぎに述べる成分を
含有していてもよい。いずれの場合も、不可避的な不純
物の存在は許容される。

【００３０】脂肪酸のアルカリ土類金属塩：脂肪酸のア
ルカリ土類金属塩は、必要に応じて添加する成分であ
る。この金属塩として、Ｃ₆〜Ｃ₃₀の脂肪酸を挙げるこ
とができるが、Ｃ₁₂〜Ｃ₁₈のラウリル酸基、パルミチン
サン基、ステアリン酸基、オレイン酸基などのアルカリ
土類金属塩が好ましい。

【００３１】なかでもラウリル酸（Ｃ₁₁Ｈ₂₃ＣＯＯＨ）
およびステアリン酸（Ｃ₁₇Ｈ₃₅ＣＯＯＨ）は天然油脂か
ら容易に入手できるため、これらのアルカリ土類金属
塩、特にステアリン酸のアルカリ土類金属塩（例えば、
ステアリン酸カルシウム）を使用するのがよい。

【００３２】この脂肪酸のアルカリ土類金属塩は、９０
０℃以下の温度で溶融し、比較的低温で短時間の流体潤
滑剤として機能するとともに、高温の被加工材表面で炭
化して他の潤滑剤成分をつなぎ止めるバインダーとして
の機能を併せもつ。また、滑り性と揮発性に優れ、空気
中の水分を吸収することがないため、保管中に固化する
こともなく、保管管理が容易である。

【００３３】なお、ステアリン酸カルシウムの場合は、
高温で分解されて炭酸カルシウムを生成し、固体潤滑剤
として焼付防止に効果がある。このような作用を得るた
めに添加する場合は、５重量％以上とするのがよい。

【００３４】一方、脂肪酸のアルカリ土類金属塩は、沸
点が比較的低く一部が蒸発するので、多量に含むと被加
工材に付着する他の潤滑剤成分の量が少なくなり、その
結果潤滑剤としての効果が低下するので、３０重量％以
下とするのがよい。なお、添加する場合の好ましい範囲
は、１０〜２０重量％である。

【００３５】脂肪酸のアルカリ金属塩：脂肪酸のアルカ
リ金属塩は、必要に応じて添加する成分である。この金
属塩として、Ｃ₆〜Ｃ₃₀の脂肪酸を挙げることができる
が、Ｃ₁₂〜Ｃ₁₈のラウリル酸基、パルミチンサン基、ス
テアリン酸基、オレイン酸基などのアルカリ金属塩が好
ましい。なかでもラウリル酸（Ｃ₁₁Ｈ₂₃ＣＯＯＨ）およ
びステアリン酸（Ｃ₁₇Ｈ₃₅ＣＯＯＨ）は天然油脂から容
易に入手できることから、このアルカリ金属塩を使用す
るのがよい。

【００３６】しかし、分子量が小さいものは水を吸収し
やすいため、ラウリン酸のアルカリ金属塩を含む熱間塑
性加工用潤滑剤は、保管中に粉末が固化するというブロ
ッキング現象を生じやすく、粉体潤滑剤としては長期間
の保管管理に十分注意を払う必要がある。比較的分子量
の大きいステアリン酸のアルカリ金属塩（例えば、ステ
アリン酸ナトリウム）は、吸水性が低いので、これを使
用するのがよい。

【００３７】この飽和脂肪酸のアルカリ金属塩は、９０
０℃以下の温度で溶融し、比較的低温で短時間の流体潤
滑剤として機能し、また高温の材料表面で炭化すること
により他の潤滑剤成分をつなぎ止めるバインダーとして
の機能を併せ持つ。このような作用を得るために添加す
る場合は、５重量％以上とするのがよい。

【００３８】一方、飽和脂肪酸のアルカリ金属塩は、沸
点が比較的低く一部が蒸発するので、多量に含むと被加
工材に付着する他の潤滑剤成分の量が少なくなり、その
結果潤滑剤としての効果が低下するので、３０重量％以
下とするのがよい。なお、添加する場合の好ましい範囲
は、１０〜２０重量％である。

【００３９】アルカリ金属の硫酸塩：アルカリ金属の硫
酸塩は、必要に応じて添加する成分である。この硫酸塩
として、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムなどの有水塩、
無水塩が挙げられる。

【００４０】アルカリ金属の硫酸塩は融点が１２００℃
以下であるため、熱間の被加工材と接触すると溶融し、
被加工材表面に対する潤滑剤の付着性を高めることがで
きる。また、本発明の潤滑剤は粉体で使用されるため、
潤滑剤の表面は常に水分を含んだ大気にさらされ塊状に
なるブロッキング現象を生じやすい。

【００４１】しかし、このアルカリ硫酸金属塩を使用す
れば、他の潤滑成分に吸着した水分を吸収して、ブロッ
キング現象を防ぐという作用を併せ持つ。このような作
用を得るために添加する場合は、１重量％以上とするの
がよい。

【００４２】一方、アルカリ金属の硫酸塩、特に硫酸ナ
トリウムは、９００℃以上における高温粘度が低いため
に潤滑剤そのものの高温粘性を低下させるので、３０重
量％以下とするのがよい。なお、添加する場合の好まし
い範囲は、５〜２０重量％である。

【００４３】脂肪酸のアルカリ土類金属塩、脂肪酸のア
ルカリ金属塩およびアルカリ金属の硫酸塩は、必要に応
じて、単独で添加してもよく、２種以上を併用してもよ
い。

【００４４】次に、熱間塑性加工方法について、マンド
レルミルによる中空素管の延伸圧延を例にとって説明す
る。

【００４５】延伸圧延に際しては、本発明の潤滑剤を、
所定の熱間塑性加工温度（好ましくは９００℃〜１２０
０℃）に加熱された中空素管の内面に付着させて用い
る。すなわち、前記Ｂ法による潤滑方法である。その
後、マンドレルバーを前記中空素管の内部に挿入した状
態で延伸圧延する。

【００４６】マンドレルバーの表面には、前記Ａ法によ
って黒鉛などの固体潤滑剤を含む潤滑被膜を形成させて
おくことが好ましい。潤滑剤を中空素管の内面に付着さ
せることにより、中空素管の内面には流体潤滑被膜が形
成されるため、マンドレルバーの表面に形成された固体
潤滑被膜の消耗が抑制される。

【００４７】即ち、本発明の潤滑剤の使用により、潤滑
性が改善されるだけでなくマンドレルバーの表面、特
に、クロムメッキ層を有するマンドレルバー表面のメッ
キの剥離や摩耗を防止し、工具寿命を延長させることが
できるという効果が得られる。

【００４８】中空素管の材質は特に制限されず、炭素
鋼、ステンレス鋼、ニッケル基合金などに適用できる。
この潤滑剤は、延伸圧延が過酷な条件であっても焼付や
摩耗を防止することができるので、焼付が起こりやすい
ステンレス鋼、特にオーステナイト系ステンレス鋼に適
用すると有利である。

【００４９】中空素管の内面に潤滑剤を付着させるに
は、キャリアーガスを利用して吹き込んで付着させるの
がよい。吹き込むキャリアーガスとしては空気も使用で
きるが、窒素、アルゴンなどの不活性ガスが好ましい。

【００５０】例えば、圧力４ｋｇ／ｃｍ²程度の窒素ガ
スをキャリアーガスとし、中空素管の端面からノズルに
より潤滑剤を吹き込むことにより、潤滑剤を中空素管の
内面に均一に付着させることができる。潤滑剤供給量
は、加工条件などにより異なるが、通常は５ｇ／ｃｍ²
〜２００ｇ／ｃｍ²、好ましくは１００ｇ／ｃｍ²〜１
５０ｇ／ｃｍ²である。

【００５１】一般に塑性加工用工具の潤滑性は、表面状
態によって大きく異なる。表面にスケールが付着した工
具や表面に窒化処理層を備えた工具の場合は、摩擦係数
が低く、一方、表面が切削されたままの工具や表面にメ
ッキ層を備えた工具の場合は、摩擦係数が高い。

【００５２】したがって、本発明の潤滑剤は、クロム、
ニッケル、鉄などの金属メッキ層を表面に備えた工具、
特にクロムメッキ層を表面に備えた工具を用いる場合
に、被加工材の加工表面の潤滑に適用すると大きな効果
が得られる。

【００５３】その結果、例えば表面にクロムメッキ層を
備えたマンドレルバーを用いたオーステナイト系ステン
レス鋼からなる中空素管のマンドレルミル圧延におい
て、従来のＡ法とＢ法を併用してもマンドレルバーのメ
ッキ層の剥離や摩耗および製品の内面疵を防止すること
のできなかった加工条件でも、本発明の潤滑剤をＢ法と
して用い、従来のＡ法と併用することにより、焼付及び
メッキ層の剥離や摩耗を防止することができる。

【００５４】なお、前記説明はマンドレルミルによる延
伸圧延を例にとって説明したが、本発明方法は、他の熱
間塑性加工である熱間圧延、熱間鍛造などにも適用する
ことができる。

【００５５】

【実施例】〈実施例１〉本発明に係わる潤滑剤の潤滑性
能を、熱間摩擦摩耗試験法により調査した。図１は熱間
摩擦摩耗試験法の概念図で、円柱状の試験材１を高周波
コイル２で所定温度に加熱した後、その上面に潤滑剤３
を付着させ、図示しない回転装置により試験材１を中心
軸を回転軸として回転させながら、試験材１の上面に工
具４を押し当てることにより潤滑剤３の性能を評価する
方法である。

【００５６】潤滑剤の組成を表１および表２に示す。な
お、アルカリ金属硼酸塩として平均粒径５０μｍのＮａ
₂Ｂ₄Ｏ₇・１０Ｈ₂Ｏを、鉄の酸化物として平均粒径５μ
ｍのＦｅ₂Ｏ₃を、脂肪酸のアルカリ土類金属塩として平
均粒径５００μｍのステアリン酸カルシウムを、脂肪酸
のアルカリ金属塩として平均粒径５００μｍのステアリ
ン酸ナトリウムを、アルカリ金属硫酸塩として平均粒径
５０μｍのＮａ₂ＳＯ₄をそれぞれ用いた。

【００５７】

【表１】

【００５８】

【表２】

【００５９】試験材は表３に示す組成の外径５０ｍｍ、
高さ６０ｍｍの円柱形とした。また、工具はＪＩＳＳ
ＫＤ６からなる外径６０ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ３０
ｍｍの円筒形とし、その下面には硫酸含有クロム酸浴
（ＣｒＯ₃濃度２５０ｇ／リットル）を用いた電気メッ
キ法により、厚み１００μｍ、ビッカース硬度１０００
のクロムメッキ層が形成されている。

【００６０】なお、本実施例では、実際のマンドレルミ
ルによる延伸圧延におけるマンドレルバー表面のクロム
メッキの剥離及び摩耗を再現するため、クロムメッキを
備える工具の下面に、黒鉛系の水溶性潤滑剤を塗布した
後乾燥させて膜厚５０μｍの固体潤滑被膜を形成した。

【００６１】

【表３】

【００６２】前記試験材を１２００℃に加熱した後、そ
の上面に粉末の潤滑剤を３０ｇ散布した後３秒間放置
し、その後２００ｒｐｍで回転する試験材の上面に、押
し付け力９８０Ｎで１０分間工具を押し付ける作業を１
０回繰り返し、摩擦係数、メッキ層の剥離、メッキ層の
摩耗について調査した。

【００６３】摩擦係数は、試験中に連続記録される摩擦
係数の平均値とした。メッキ層の剥離は、工具表面の潤
滑剤を硝酸の希釈水で洗浄した後、目視で観察し、剥離
が発生しない場合は○、剥離が発生した場合は×とし
た。

【００６４】メッキ層の摩耗は、電磁膜圧測定器により
試験前後のメッキ層の厚みを測定し、摩耗率｛（試験前
後のメッキ層の厚みの差／試験前のメッキ層の厚み）×
１００｝が１％以下の場合を◎、１％を超え５％以下の
場合を○、５％を超え１０％以下の場合を△、１０％を
超える場合を×とした。結果を表４および表５に示す。

【００６５】

【表４】

【００６６】

【表５】

【００６７】表４は、組成が本発明で規定する範囲内の
潤滑剤を用いて試験した結果を示し、試験材が焼付の生
じ易いステンレス鋼である鋼Ａ（ＳＵＳ３０４）および
鋼Ｂ（１３Ｃｒ）の場合でも、摩擦係数は０．１６以下
であり、メッキ層の剥離は発生せず、メッキ層の摩耗率
も５％以下であった。特に、脂肪酸のアルカリ土類金属
塩を含む潤滑剤Ｎｏ．３〜６、１５〜２２および３０〜
３３は、メッキ層の摩耗率が１％以下であった。

【００６８】試験材が焼付の生じ難い炭素鋼である鋼Ｃ
の場合、摩擦係数は０．０６以下であり、メッキ層の剥
離は発生せず、摩耗率も１％以下であった。

【００６９】表５は、組成が本発明で規定する範囲外の
潤滑剤を用いて試験した結果を示し、試験材が焼付の生
じ易いステンレス鋼である鋼Ａ（ＳＵＳ３０４）および
鋼Ｂ（１３Ｃｒ）の場合、摩擦係数は０．２０以上であ
り、メッキ層の剥離は全てに発生し、摩耗率は１０％を
超えた。

【００７０】試験材が焼付の生じ難い炭素鋼である鋼Ｃ
の場合、摩擦係数は０．１２以上であり、メッキ層の剥
離は一部で発生し、、摩耗率は５％を超えた。

【００７１】〈実施例２〉表３に示す組成の鋼からなる
中空素管を、マンドレルミルにより延伸圧延する際に、
表１および表２に示す組成の潤滑剤を用い、潤滑性能を
評価した。

【００７２】マンドレルミルでは、ピアサーで穿孔され
た内面温度が１１８０℃の外径１８１ｍｍ、厚み１７．
５ｍｍ、長さ６５５０ｍｍの中空素管を、セミフロート
式７スタンドのマンドレルミルにより外径１５１ｍｍ、
肉厚６．５ｍｍ、長さ２００００ｍｍの肉厚管に延伸圧
延した。

【００７３】潤滑剤は、圧力４ｋｇ／ｃｍ²の窒素ガス
をキャリアーガスとし、前記中空素管の端面より内部へ
５０ｍｍ挿入したノズルから、中空素管１本あたり３０
０ｇ吹き込んだ。

【００７４】マンドレルバーは、ＪＩＳＳＫＤ６から
なり、表面に厚さ５０μｍのクロムメッキ層を備え、そ
の表面に乾燥型黒鉛−有機バインダー系水溶性潤滑剤を
室温でに塗布した後乾燥させて、平均厚さが５０μｍの
個体潤滑皮膜が形成された外径１３４ｍｍ、長さ２３０
００ｍｍのものを用いた。

【００７５】そして、マンドレルバーを中空素管の内面
に挿入した状態で、マンドレルバー１本あたり３０本の
中空素管を延伸圧延し、摩擦係数、メッキ層の剥離およ
びメッキ層の摩耗について調査した。

【００７６】摩擦係数は、延伸圧延中のマンドレルバー
のリテインド力を各スタンドの圧延荷重で除した値の平
均値とした。メッキ層の剥離および摩耗は、実施例１と
同じ方法で評価した。結果を表６および表７に示す。

【００７７】

【表６】

【００７８】

【表７】

【００７９】表６、表７からわかるように、本発明例の
潤滑剤を用いた場合は、中空素管が鋼Ａ、鋼Ｂ、鋼Ｃい
ずれの場合も、摩擦係数が比較例に比べて大幅に低い。
また、マンドレルバー表面のメッキ層の剥離は認められ
ず、メッキ層の摩耗率も５％以下であった。

【００８０】これに対し比較例の潤滑剤を用いた場合
は、摩擦係数が高く、中空素管が鋼Ａ、鋼Ｂの場合、メ
ッキ層の剥離が認められ、摩耗率も１０％を超えた。な
お、中空素管が鋼Ｃの場合、一部でメッキ層の剥離は認
められないものの摩耗率は５％を超えた。

【００８１】〈実施例３〉表８に示す組成の潤滑剤につ
いて、保管性を評価するため、吸湿性とブロッキング性
（固化性）を調査した。なお、アルカリ金属硼酸塩、鉄
の酸化物、脂肪酸のアルカリ土類金属塩、脂肪酸のアル
カリ金属塩およびアルカリ金属の硫酸塩は、実施例１と
同様のものを用いた。

【００８２】吸湿性は、直径８５ｍｍ、高さ１５ｍｍの
ガラスシャーレに９０ｇの潤滑剤を収容し、湿度８０
％、温度４０℃に設定した恒温恒湿装置内に２４時間保
管した後秤量し、吸湿率｛（試験前後の重量の差／試験
前の重量）×１００｝が０％の場合をＡ、０％を超え２
％以下の場合をＢ、２％を超える場合をＣとした。

【００８３】ブロッキング性は、吸湿率測定後の潤滑剤
を直径５０ｍｍのステンレス製の上部が解放された円筒
容器に入れ、荷重１０Ｎの負荷を上部から加えて２４時
間放置した後取り出し、取り出した時点で、ほとんどが
崩れる場合をＡ、１０％程度固化している場合をＢ、５
０％以上固化している場合をＣとした。結果を表８に併
せて示す。

【００８４】

【表８】

【００８５】表８からわかるように、必須成分（アルカ
リ金属硼酸塩および鉄の酸化物）と脂肪酸のアルカリ土
類金属塩とからなる潤滑剤は、必須成分と脂肪酸のアル
カリ金属塩とからなる潤滑剤より、吸湿性およびブロッ
キング性に優れる。また、アルカリ金属塩を用いる場合
は、アルカリ金属の硫酸塩を同時に使用すれば、吸湿性
およびブロッキング性が改善される。

【００８６】

【発明の効果】本発明の潤滑剤を用いることにより、被
加工材が焼付の起こりやすいステンレス鋼であり、また
表面にクロムメッキ層を備える工具を用いる場合であっ
ても、摩擦係数が低く、被加工材と工具の焼付を防止す
ることができるとともに、クロムメッキ層の剥離を防止
し、クロムメッキ層の摩耗を大幅に低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間摩擦摩耗試験法の概念図である。

【符号の説明】１：試験材２：高周波コイル３：潤滑剤４：工具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ１０Ｍ 103:06 Ｃ１０Ｍ 105:24 105:24 125:10 125:10 125:22 125:22）Ｃ１０Ｎ 10:02 Ｃ１０Ｎ 10:02 10:04 10:04 10:16 10:16 30:06 30:06 40:24 Ｚ 40:24 (72)発明者中西哲也大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者今村正美大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (56)参考文献特開平10−30097（ＪＰ，Ａ) 特開平10−36876（ＪＰ，Ａ) 特開平８−41474（ＪＰ，Ａ) 特開平７−48589（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−19009（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−64698（ＪＰ，Ａ) 特公昭46−42012（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10M 169/04 C10M 103/00 C10M 103/06 C10M 105/24 - 105/26 C10M 125/10 C10M 125/22 C10M 125/26 C10M 129/28 - 129/46 C10N 10:02 - 10:04 C10N 10:16 C10N 30:06 C10N 40:24 B21B 25/04 B21B 27/10 B21B 45/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ金属硼酸塩５０〜８０重量％、鉄
の酸化物５〜３０重量％、脂肪酸のアルカリ土類金属塩
０〜３０重量％、脂肪酸のアルカリ金属塩０〜３０重量
％およびアルカリ金属の硫酸塩０〜３０重量％からなる
ことを特徴とする熱間塑性加工用潤滑剤。
【請求項２】脂肪酸のアルカリ土類金属塩５〜３０重量
％、脂肪酸のアルカリ金属塩５〜３０重量％およびアル
カリ金属の硫酸塩１〜３０重量％のうちの１種以上を含
むことを特徴とする請求項１に記載の熱間塑性加工用潤
滑剤。
【請求項３】請求項１または２に記載の熱間塑性加工用
潤滑剤を、熱間塑性加工温度に加熱された被加工材の加
工表面に付着させた後、前記潤滑剤付着面に工具を接触
させて加工することを特徴とする熱間塑性加工方法。