JP5930981B2 - 熱処理油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、金属材料の焼入れなどに使用される熱処理油組成物に関する。

焼入れなど熱処理加工は、通常熱処理油を用いて金属材料に所望の硬さを付与するために行われる。したがって、熱処理油は、金属材料の硬さを高め得る優れた冷却性能を有することが必要である。熱処理油は、低い油温で使用するコールド油、高い油温で使用できるホット油に区分される。
このうち、コールド油は、通常低粘度基油を用いるため冷却速度が速く高い冷却性を有する。しかし、蒸気膜段階が長いため、焼きむらを生じやすく、焼入れ歪を招きやすい。そのため、多くの場合、コールド油に蒸気膜破断剤を配合して蒸気膜段階を短くしている。蒸気膜破断剤としては、アスファルトやポリマーが一般的に使用されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２２９４７９号公報

しかし、蒸気膜破断剤としてアスファルトを使用した熱処理油は、蒸気膜破断効果が安定しているのが特徴であるが、被加工物の光輝性の低下や油槽周りの汚れなど作業環境の悪化が問題となっている。
また、蒸気膜破断剤としてポリマーを使用した熱処理油は、光輝性の低下や作業環境の悪化などの問題は生じないが、蒸気膜破断効果の持続力に劣る。

そこで、本発明は、金属材料の焼入れ等の熱処理時において高い蒸気膜破断効果を有するとともに、その蒸気膜破断効果を持続することができ、かつ、被加工物に優れた光輝性を付与できる熱処理油組成物を提供することを目的とする。

前記課題を解決すべく、本発明は、以下のような熱処理油組成物を提供するものである。
（１）（Ａ）重合度が２以上のヒドロキシ縮合脂肪酸、および、該ヒドロキシ縮合脂肪酸誘導体のうち、少なくともいずれか１種を配合してなることを特徴とする熱処理油組成物。
（２）上述の（１）に記載の熱処理油組成物において、（Ｂ）鉱物油および合成油の少なくともいずれか１種を更に配合してなることを特徴とする熱処理油組成物。
（３）上述の（２）に記載の熱処理油組成物において、前記各成分の配合量が該熱処理油組成物全量基準で下記の通りであることを特徴とする熱処理油組成物。
前記（Ａ）成分：１質量％以上、１０質量％以下
前記（Ｂ）成分：９０質量％以上、９９質量％以下
（４）上述の（１）から（３）のいずれか１つに記載の熱処理油組成物において、前記ヒドロキシ縮合脂肪酸誘導体が、前記ヒドロキシ縮合脂肪酸のエステル化物、アミド化物及び水素化物のうち、少なくともいずれか１種を含むことを特徴とする熱処理油組成物。
（５）上述の（１）から（４）までのいずれか１つに記載の熱処理油組成物において、前記（Ａ）成分のヒドロキシ縮合脂肪酸の重合度が２以上１０以下であることを特徴とする熱処理油組成物。
（６）上述の（１）から（５）までのいずれか１つに記載の熱処理油組成物において、前記（Ａ）成分のヒドロキシ縮合脂肪酸がリシノール酸を主成分とするヒドロキシ脂肪酸の縮合物であることを特徴とする熱処理油組成物。
（７）上述の（１）から（６）までのいずれか１つに記載の熱処理油組成物において、冷却性試験（ＪＩＳＫ ２２４２）における特性秒数が３秒以下であることを特徴とする熱処理油組成物。

本発明の熱処理油組成物によれば、金属材料の焼入れ等の熱処理時において高い蒸気膜破断効果を有するとともに、その蒸気膜破断効果を持続することができ、かつ、被加工物に優れた光輝性を付与できる。

本発明の熱処理油組成物は、（Ａ）重合度が２以上のヒドロキシ縮合脂肪酸、および、該ヒドロキシ縮合脂肪酸誘導体のうち、少なくともいずれか１種が配合されている。以下に、本発明を詳細に説明する。

前記（Ａ）成分は、熱処理油組成物として使用されることにより、金属材料（被加工物）の冷却性能を格段に向上させる役割を果たすとともに、その冷却効果を持続することができる。また、被加工物に優れた光輝性を付与する。
ヒドロキシ縮合脂肪酸は、ヒドロキシ脂肪酸を縮合したものである。ヒドロキシ縮合脂肪酸誘導体としては、ヒドロキシ縮合脂肪酸のエステル化物、アミド化物及び水素化物のうち、少なくともいずれか１種が挙げられる。ヒドロキシ縮合脂肪酸のエステル化やアミド化、水素化は、前記（Ａ）成分の基油との親和性や、前記（Ａ）成分の化学的安定性、消泡性の向上や、冷却性能の調整のため適宜行うことができる。
例えば、ヒドロキシ縮合脂肪酸のエステル化物としては、ヒドロキシ縮合脂肪酸の水酸基を脂肪酸でエステル化したものや、ヒドロキシ縮合脂肪酸のカルボキシル基をアルコールでエステル化したもの、ヒドロキシ縮合脂肪酸の水酸基及びカルボキシル基を脂肪酸及びアルコールでエステル化したもの等が挙げられる。ヒドロキシ縮合脂肪酸のアミド化物としては、前記ヒドロキシ縮合脂肪酸のカルボキシル基をアミンでアミド化したもの等が挙げられる。ヒドロキシ縮合脂肪酸の水素化物としては、前記ヒドロキシ縮合脂肪酸及び前記ヒドロキシ縮合脂肪酸のエステル化物の、不飽和結合の一部または全部を水素化処理したもの等が挙げられる。

上述の（Ａ）成分において、ヒドロキシ縮合脂肪酸とエステルを構成する脂肪酸としては、モノカルボン酸や多価カルボン酸が挙げられる。これらのカルボン酸の種類は特に限定されないが、炭素数１以上２０以下のものが好ましく、モノカルボン酸としては、オレイン酸、セバシン酸等が特に好ましい。ヒドロキシ縮合脂肪酸とエステルを構成するアルコールとしては、モノアルコールまたは多価アルコールが好ましい。モノアルコールまたは多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、エリスリトール、ペンタエリスリトール、ソルビトール（ソルビタン）、キシリトール、トリメチロールプロパン等が挙げられる。また、多価アルコールや多価カルボン酸とのエステル化物としては、部分エステル化物や完全エステル化物が挙げられる。
ヒドロキシ縮合脂肪酸のアミド化物の形態としては、一級アミド、二級アミド、三級アミドやイミド等が挙げられる。また、これらを構成するアミンとしては、種々のモノアミンやポリアミン等が好ましく用いられる。

また、上述の（Ａ）成分のヒドロキシ縮合脂肪酸の重合度は、２以上であり、好ましくは２以上１０以下である。また、ヒドロキシ縮合脂肪酸は、リシノール酸を主成分とするヒドロキシ脂肪酸の縮合物であることが好ましい。前記（Ａ）成分におけるヒドロキシ縮合脂肪酸と該ヒドロキシ縮合脂肪酸誘導体の配合比率や、該ヒドロキシ縮合脂肪酸誘導体におけるエステル化物やアミド化物、水素化物等の配合比率は、熱処理油組成物に求められる性能に応じて適宜決めることができる。

また、本発明の熱処理油組成物は、（Ｂ）鉱物油および合成油の少なくともいずれか１種を更に配合してなることが好ましい。
上記（Ｂ）成分の鉱物油としては、例えばパラフィン基系鉱油、中間基系鉱油、ナフテン基系鉱油などが挙げられる。また、合成油としては、例えばα−オレフィンオリゴマー（炭素数６〜１６のα−オレフィンをオリゴマー化したもの、およびそれを水素添加したもの）、炭素数２〜１６のオレフィンの（共）重合物、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、各種エステル類、例えば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多価アルコールの脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレングリコール誘導体などを用いることができる。

本発明の熱処理油組成物は、上記（Ａ）成分および上記（Ｂ）成分をそれぞれ配合するときの各成分の配合量が該熱処理油組成物全量基準で下記の通りであることが好ましい。
（Ａ）成分：１質量％以上、１０質量％以下
（Ｂ）成分：９０質量％以上、９９質量％以下
上述した（Ａ）成分の配合量は、組成物全量基準で１質量％以上、１０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは、１質量％以上５質量％以下であり、更に好ましくは１質量％以上、３質量％以下である。また、上述した（Ｂ）成分の配合量は、組成物全量基準で９０質量％以上、９９質量％以下であることが好ましく、より好ましくは、９５質量％以上９９質量％以下であり、更に好ましくは９７質量％以上、９９質量％以下である。
（Ａ）成分の配合量が１質量％未満であると、冷却性能を十分に発揮できないおそれがある。また、優れた光輝性を付与することができないおそれがある。一方、（Ａ）成分の配合量が１０質量％を超えても冷却性能の向上にはさほど寄与せず、むしろ粘度上昇により、冷却性能が低下してしまうおそれがある。

本発明の熱処理油組成物は、基本的には、上述した（Ｂ）成分を基油とし、この基油に（Ａ）成分を配合することによって調製される。このような配合の場合、（Ａ）成分は蒸気膜破断剤として機能する。上述した（Ａ）成分を蒸気膜破断剤として配合することにより、蒸気膜段階が短く、かつ沸騰段階の冷却性能の増加が抑制されることから、冷却むらによる焼入れ歪を低減することができる。また、沸騰段階の温度範囲が広く、処理物の硬さを確保することができる。
また、本発明の熱処理油組成物は、上述した（Ａ）成分を基油として使用してもよい。このような配合の場合、（Ａ）成分は、基油としての機能と、蒸気膜破断剤としての機能を兼ね備える。

本発明の熱処理油組成物は、冷却性試験（ＪＩＳ Ｋ ２２４２）における特性秒数が３秒以下であることが好ましい。蒸気膜長さを短くすることにより、蒸気膜破断むらを低減でき、焼入れする材料・部品の形状によらず、歪ばらつきや硬さばらつきをより低減することが可能となる。

本発明の熱処理油組成物には、必要に応じて、熱処理油に汎用される添加剤、例えば酸化防止剤、および清浄分散剤などを配合してもよい。

酸化防止剤としては、従来公知のフェノール系酸化防止剤やアミン系酸化防止剤を用いることができる。
フェノール系酸化防止剤としては、例えば２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール；２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルフェノール；２，４，６−トリ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール；２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシメチルフェノール；２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール；２，４−ジメチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール；２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノメチル）フェノール；２，６−ジ−ｔｅｒｔ−アミル−４−メチルフェノール；ｎ−オクタデシル３−（４−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）プロピオネートなどの単環フェノール類、４，４’−メチレンビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）；４，４’−イソプロピリデンビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）；２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）；４，４’−ビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）；４，４’−ビス（２−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）；２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）；４，４’−ブチリデンビス（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）；２，２’−チオビス（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）；４，４’−チオビス（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）などの多環フェノール類などが挙げられる。

アミン系酸化防止剤としては、例えばジフェニルアミン系のもの、具体的にはジフェニルアミンやモノオクチルジフェニルアミン；モノノニルジフェニルアミン；４，４’−ジブチルジフェニルアミン；４，４’−ジヘキシルジフェニルアミン；４，４’−ジオクチルジフェニルアミン；４，４’−ジノニルジフェニルアミン；テトラブチルジフェニルアミン；テトラヘキシルジフェニルアミン；テトラオクチルジフェニルアミン：テトラノニルジフェニルアミンなどの炭素数３〜２０のアルキル基を有するアルキル化ジフェニルアミンなど、及びナフチルアミン系のもの、具体的にはα−ナフチルアミン；フェニル−α−ナフチルアミン、さらにはブチルフェニル−α−ナフチルアミン；ヘキシルフェニル−α−ナフチルアミン；オクチルフェニル−α−ナフチルアミン；ノニルフェニル−α−ナフチルアミンなどの炭素数３〜２０のアルキル置換フェニル−α−ナフチルアミンなどが挙げられる。これらの中で、ナフチルアミン系よりジフェニルアミン系の方が、効果の点から好ましく、特に炭素数３〜２０のアルキル基を有するアルキル化ジフェニルアミン、とりわけ４，４’−ジ（Ｃ₃〜Ｃ₂₀アルキル）ジフェニルアミンが好適である。
本発明においては、酸化防止剤として、前記フェノール系酸化防止剤及びアミン系酸化防止剤の中から選ばれる１種又は２種以上を用いることができる。また、その配合量は、酸化防止効果および経済性のバランスなどの面から、組成物全量基準で、０．０１〜５質量％程度である。

清浄分散剤としては、無灰系分散剤や金属系清浄剤を用いることができる。ここで、無灰系分散剤としては、例えばアルケニルコハク酸イミド類、ホウ素含有アルケニルコハク酸イミド類、ベンジルアミン類、ホウ素含有ベンジルアミン類、コハク酸エステル類、脂肪酸あるいはコハク酸で代表される一価又は二価カルボン酸アミド類などが挙げられ、金属系清浄剤としては、例えば中性金属スルホネート、中性金属フェネート、中性金属サリチレート、中性金属ホスホネート、塩基性スルホネート、塩基性フェネート、塩基性サリチレート、過塩基性スルホネート、過塩基性サリチレート、過塩基性ホスホネートなどが挙げられる。
これらの清浄分散剤は、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。前記した清浄分散剤は、熱処理油組成物を繰り返して使用した際に生じるスラッジの分散効果を有するが、金属系清浄剤は、さらに劣化酸の中和剤としての作用も有している。また、清浄分散剤の配合量は、効果および経済性のバランスなどの面から、組成物全量基準で、０．０１〜５質量％程度である。

本発明の熱処理油組成物は、金属材料の熱処理において、優れた光輝性を付与できるので、例えば炭素鋼、ニッケル−マンガン鋼、クロム−モリブデン鋼、マンガン鋼などの各種合金鋼に焼入れ、焼きなまし、焼戻し等の熱処理を施す際の熱処理油、好ましくは焼入れを行う際の熱処理油として好適に用いることができる。
また、本発明の熱処理油組成物を用いて、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）に設定してもよいし、１７０〜２５０℃の高温に設定してもよい。

次に実施例、比較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。具体的には、以下の方法で熱処理油組成物の性能を評価した。

〔実施例１〜７、比較例１〜４〕
〔試料油〕
表１，２に各実施例および各比較例で使用した試料油の配合組成および性状を示す。

１）基油１：鉱油（４０℃動粘度：１７ｍｍ^２／ｓ）
２）ヒドロキシ縮合脂肪酸エステル（ミネラゾールＬＢ−７０３、伊藤製油社製）
３）アスファルテン（ＰＡＳ）
４）ポリブテン（出光ポリブテン２０００Ｈ、出光興産社製）

５）基油２：鉱油（４０℃動粘度：２６ｍｍ^２／ｓ）
２）ヒドロキシ縮合脂肪酸エステル（ミネラゾールＬＢ−７０３、伊藤製油社製）
６）ヒドロキシ縮合脂肪酸（ミネラゾールＰＣＦ−３０、伊藤製油社製）
７）ヒドロキシ縮合脂肪酸エステル（ミネラゾールＬＢ−６０１、伊藤製油社製）
※1）１３０℃における冷却性

〔評価方法〕
以下に示す方法で、上記各試料油について冷却性能、光輝性、熱分解特性を評価した。その結果を表１，２に示す。

（１）冷却性評価
ＪＩＳ Ｋ２２４２に規定される冷却性能試験に準拠して、８１０℃に加熱した規定の銀試片を試料油に投入し、銀試片の冷却曲線を測定し、以下の特性秒数とＨ値とを求めた。
（1.1）特性秒数
上記冷却曲線における特性温度（蒸気膜段階が終了する温度）に到達するまでの時間（秒数）を測定した。
（1.2）Ｈ値（焼入強烈度）
上記冷却曲線における８００℃から３００℃に至るまでの冷却時間から導出した。

（２）焼入れ試験および光輝性の評価
「熱処理油槽内の酸素による光輝性への影響」（出光トライボレビュー，Ｎｏ．３１，ｐｐ．１９６３〜１９６６、平成２０年９月３０日発行）を参考にして行った。具体的には以下の通りである。
まず、ダンベル形の金属材料（φ１６ｍｍ Ｓ４５Ｃ）と、円柱型の金属材料(φ１０ｍｍ ＳＵＪ２)を組合わせて試験片とした。次に、試験片を窒素と水素の混合ガス雰囲気中で８５０℃まで加熱した。そして、該温度となった試験片を８０℃の試料油に投入して焼入れを行った。

次に、焼入れ後の試験片の「明度」について評価した。具体的には以下の通りである。
（2.1）明度
焼入れ後の試験片の色と光輝性明度標準色とを比較評価した。明度の評点は以下に示す数値で示される。
０：明度８５％以上
１：明度６０％以上８５％未満
２：明度６０％未満

（３）熱分解特性の評価
先ず、上記（１）の冷却性評価を行い、これを誘導加熱劣化試験前の結果とした。次に、以下に示す条件で誘導加熱劣化試験を行った。そして、この劣化試験後、再度、上記（１）の冷却性評価を行い、これを誘導加熱劣化試験後の結果とした。
試験条件
テストピース：ＳＵＳ３０４（φ２５×５０ｍｍ）
焼入温度 ：８５０℃（２５ｋＨｚ誘導加熱）
油量 ：４００ｍｌ
油温 ：１３０℃
撹拌 ：２００ｒｐｍ
窒素吹込み ：２００ｍｌ／ｍｉｎ
焼入時間 ：３ｍｉｎ
焼入回数 ：１００回

〔評価結果〕
表１に示すように、熱分解特性評価については、実施例１と比較例１，２が、誘導加熱試験による動粘度の変化、特性秒数の延びが少ない結果を示していた。また、光輝性評価については、実施例１と比較例３が優れた光輝性を示していた。

表２に示すように、実施例２〜６及び比較例４に示す結果から、（Ｂ）成分を基油とし、これに（Ａ）成分を１質量％以上１０質量％以下の割合で配合することにより、蒸気膜破断効果が得られることが確認された。
また、実施例７は、（Ａ）成分単体での結果であるが、蒸気膜破断効果が高いことが確認された。

本発明は、焼入れ等の熱処理において、被加工物に優れた光輝性を与える熱処理油組成物として利用できる。

Claims (7)

1. （Ａ）重合度が２以上のヒドロキシ縮合脂肪酸、および、該ヒドロキシ縮合脂肪酸誘導体のうち、少なくともいずれか１種を配合してなる
   ことを特徴とする熱処理油組成物。
2. 請求項１に記載の熱処理油組成物において、
   （Ｂ）鉱物油および合成油の少なくともいずれか１種を更に配合してなる
   ことを特徴とする熱処理油組成物。
3. 請求項２に記載の熱処理油組成物において、
   前記各成分の配合量が該熱処理油組成物全量基準で下記の通りである
   ことを特徴とする熱処理油組成物。
   前記（Ａ）成分：１質量％以上、１０質量％以下
   前記（Ｂ）成分：９０質量％以上、９９質量％以下
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の熱処理油組成物において、
   前記ヒドロキシ縮合脂肪酸誘導体が、前記ヒドロキシ縮合脂肪酸のエステル化物、アミド化物及び水素化物のうち、少なくともいずれか１種を含む
   ことを特徴とする熱処理油組成物。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の熱処理油組成物において、
   前記（Ａ）成分のヒドロキシ縮合脂肪酸の重合度が２以上１０以下である
   ことを特徴とする熱処理油組成物。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の熱処理油組成物において、
   前記（Ａ）成分のヒドロキシ縮合脂肪酸がリシノール酸を主成分とするヒドロキシ脂肪酸の縮合物である
   ことを特徴とする熱処理油組成物。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の熱処理油組成物において、
   冷却性試験（ＪＩＳ Ｋ ２２４２）における特性秒数が３秒以下である
   ことを特徴とする熱処理油組成物。