JP6387544B1 - 温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤 - Google Patents

Abstract

【課題】
鋼の温熱間鍛造を行う際の加熱するビレットに対し、加熱前のビレット表面に塗布することで、加熱時に発生する酸化スケールを低減し、更に加熱炉内でのビレット同士の溶着を防止するための温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤を提供する。
【解決手段】
鋼の温熱間鍛造を行う際の加熱するビレットに対し、加熱前にビレット表面に塗布する水ベースの非黒鉛系プレコート剤であって、無機固体物、バインダー剤、界面活性剤、及び水を含有する温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼の温熱間鍛造を行う際の加熱するビレットに対し、予め加熱前のビレット表面に塗布する、即ちプレコートすることで、加熱時に発生する酸化スケールを低減し、更に加熱炉内でのビレット同士の溶着を防止するための温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤に関するものである。

鋼の温熱間鍛造は棒鋼材を切断したビレットと呼ばれる素材を、温間鍛造の場合は７００〜９００℃、熱間鍛造の場合は１０００〜１３００℃に加熱し、金型でプレスすることによって製品を形づくる塑性加工法のひとつである。ビレットをこのような高温に加熱した場合、ビレット中の鉄と空気中の酸素が反応して、ビレット表面に酸化スケールが発生する。このような、鋼の温熱間鍛造を行う際のビレット加熱時に発生する酸化スケールの低減は、鍛造製品の精度向上、鍛造製品の表面品質向上、鍛造製品のスケール除去にかかるコストおよび時間の低減、などにかかわる操業上の大きな課題のひとつとなっている。またビレット加熱時の酸化スケール発生に伴って、加熱炉内でビレット同士が溶着することがあり、その際は鍛造ラインが停止してしまうことから、生産効率の悪化、再加熱が必要になることによる消費エネルギーの増大、それらの原因による製品コストの増大などにつながり、こちらも操業上の大きな課題のひとつとなっている。

鋼の温熱間鍛造を行う際のビレット加熱時に発生する酸化スケールの低減については、ビレットの加熱条件を検討することで酸化スケールの発生を抑制する方法や、加熱したビレットに発生した酸化スケールを、ハンマーで打撃して除去する方法などの対応が報告されている。

例えば特許文献１では、ビレットの加熱を予備加熱と本加熱の組み合わせで行い、酸化スケールの発生を抑えながら加熱時間の短縮を実現させている。

また特許文献２では、加熱したビレットに発生した酸化スケールを、ハンマーに取り付けたチゼルの先端で、旋回状態として短周期に打撃し除去する装置が開発されている。

特開２０１６−１４７２８６ 特許第４０３６４４９

上記のように、鋼の温熱間鍛造を行う際のビレット加熱時に発生する酸化スケールの低減や除去は操業上の大きな課題であり、いくつかの対策も講じられているが、いずれも効率面やコスト面で不十分であった。

更に加熱炉内でのビレットの溶着対策にいたっては、加熱炉から溶着して出てきたビレットを叩いて剥がすという、非効率的な対応をとるにすぎなかった。

また黒鉛を分散させたプレコート剤が市販されているが、これは作業環境を悪化させ、温熱間鍛造に従事する作業者にとって非黒鉛系プレコート剤の適用は強い要望となっている。

本発明の目的は、鋼の温熱間鍛造を行う際に加熱前のビレットに塗布しておくだけで、加熱時に発生する酸化スケールの低減と加熱炉内でのビレット溶着を防ぎ、更に作業環境を悪化させない温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤を提供することである。

本発明者らは、鋼の温熱間鍛造を行う際のビレット加熱時に発生する酸化スケールの低減と加熱炉内でのビレット溶着防止という課題に対し、非黒鉛系プレコート剤を加熱前のビレット表面に塗布（プレコート）することで解決する方法を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記に示す温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤に係わる。

１．鋼の温熱間鍛造を行う際のビレットに対し、加熱前のビレット表面に塗布する水ベースの非黒鉛系プレコート剤であって、無機固体物、バインダー剤、界面活性剤、及び水を含有する温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。
２．前記温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤の合計重量を１００質量％とした場合、前記無機固体物を１〜５０質量％、前記バインダー剤を１〜３０質量％、前記界面活性剤を０．０５％〜１０％、および前記水を３０〜９０質量％含有する、上記項１に記載の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。
３．前記無機固体物が、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、アルミナ、合成マイカ、天然マイカ、合成ムライト、天然ムライト、ジルコンサンド、珪藻土、チタン酸カリウム、からなる群から選択される１種類または２種類以上である、上記項１または２に記載の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。
４．前記バインダー剤が、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、エチレン・酢酸ビニル共重合物、アクリル酸・エチレン・酢酸ビニル共重合物、アクリル樹脂、アクリル・スチレン樹脂、エポキシ樹脂、からなる群から選択される１種類または２種類以上である、上記項１〜３のいずれかに記載の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。
５．前記界面活性剤が、ポリオキシエチレン・アルキルエーテル、ポリオキシエチレン・アルキルエステル、ポリオキシエチレン・ソルビタンアルキルエステル、エチレンオキシド・プロピレンオキシド共重合物、ポリオキシエチレン・アルキルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレン・アルキルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレン・アルキルスルホコハク酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、からなる群から選択される１種類または２種類以上である、上記項１〜４のいずれかに記載の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。

本発明の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤は、予め加熱前のビレット表面に塗布することで加熱時に発生する酸化スケールを低減でき、鍛造製品の精度向上、鍛造製品の表面品質向上、鍛造製品のスケール除去にかかるコストおよび時間の低減など、操業上の大きな課題を解決することができる。

更に本発明の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤は、加熱前のビレット表面に塗布することで加熱炉内でのビレット同士の溶着を防止でき、鍛造ラインを停止させることがなく、生産効率の悪化を防ぎ、再加熱による消費エネルギーの増大を防ぎ、製品コストの増大などを防ぐことができる。

また本発明の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤は、市販の黒鉛系プレコート剤のように作業環境を悪化させることは無く、作業者の安全衛生面の向上に大きく貢献することができる。

図１は耐溶着性能評価試験の概略図である。

本発明の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤（以下、「非黒鉛系プレコート剤」という場合もある）は、温熱間鍛造のビレットに対し、加熱前にビレット表面に塗布する水ベースの非黒鉛系プレコート剤であって、（Ａ）無機固体物、（Ｂ）バインダー剤、（Ｃ）界面活性剤、及び（Ｄ）水を含有することを特徴とする。

まず、（Ａ）無機固体物について説明する。無機固体物は、加熱されるビレット表面を覆うことによって、加熱されるビレット表面と雰囲気中の酸素との反応を遮断し、酸化スケールの発生を防ぐ働きをする。更に無機固体物は、加熱されるビレット同士の端面が加熱炉内で接触する際、ビレット同士の接触界面に存在することでビレット同士の溶着を防ぐ働きをする。

無機固体物としては、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、アルミナ、合成マイカ、天然マイカ、合成ムライト、天然ムライト、ジルコンサンド、珪藻土、チタン酸カリウム、等が挙げられる。

本発明の非黒鉛系プレコート剤中の無機固体物の含有量は、非黒鉛系プレコート剤の合計質量を１００質量％とした場合、好ましくは１〜５０質量％、より好ましくは５〜３０質量％である。

無機固体物の含有量が１質量％未満である場合、スケール発生を防止する効果が充分に発揮されないおそれがあり、一方、無機固体物の含有量が５０質量％を超える場合には、ビレット表面に生成したプレコート被膜が剥がれやすくなるおそれがある。

次に、（Ｂ）バインダー剤について説明する。バインダー剤は（Ａ）成分である無機固体物をビレット表面に付着させ、ビレット表面に無機固体物を主成分とした被膜を形成させる働きをする。

バインダー剤としては、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、エチレン・酢酸ビニル共重合物、アクリル酸・エチレン・酢酸ビニル共重合物、アクリル樹脂、アクリル・スチレン樹脂、エポキシ樹脂、等が挙げられる。

本発明の非黒鉛系プレコート剤中のバインダー剤の含有量は、非黒鉛系プレコート剤の合計質量を１００質量％とした場合、好ましくは１〜３０質量％、より好ましくは５〜２０質量％である。

バインダー剤の含有量が１質量％未満である場合、ビレット表面に無機固体物を主成分とした被膜の形成が不十分になるおそれがあり、一方、バインダー剤の含有量が３０質量％を超える場合には、ビレット表面に形成した被膜が、ビレット表面と雰囲気中の酸素との反応を防ぐ性質を持たなくなるおそれがある。

次に、（Ｃ）界面活性剤について説明する。界面活性剤はビレット表面に均一な被膜を形成させる働きをする。ビレット表面に形成した被膜が均一でなく、厚いところと薄いところができた場合、被膜の薄いところではビレット表面と雰囲気中の酸素の反応を防ぐことができず、酸化スケールの抑制効果が低下してしまうため、本発明において界面活性剤の添加は必須のものである。

界面活性剤としては、ポリオキシエチレン・アルキルエーテル、ポリオキシエチレン・アルキルエステル、ポリオキシエチレン・ソルビタンアルキルエステル、エチレンオキシド・プロピレンオキシド共重合物、ポリオキシエチレン・アルキルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレン・アルキルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレン・アルキルスルホコハク酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、等が挙げられる。

本発明の非黒鉛系プレコート剤中の界面活性剤の含有量は、非黒鉛系プレコート剤の合計質量を１００質量％とした場合、好ましくは０．０５〜１０質量％、より好ましくは０．１〜５質量％である。

界面活性剤の含有量が０．０５質量％未満である場合、均一被膜の生成ができなくなるおそれがあり、一方、界面活性剤の含有量が１０質量％を超える場合には、塗布時に発生する発泡を抑えることができなくなるおそれがある。塗布時に発生する発泡は、操業上の不具合につながり、また生成した被膜の中に泡が残留すると被膜の性能が低下してしまうおそれがある。

また、（Ｄ）水として、工業用水、水道水、蒸留水、イオン交換水、純水等を使用することができる。本発明の非黒鉛系プレコート剤中の水の含有量は、好ましくは３０〜９０質量％、より好ましくは５０〜８０質量％である。

本発明の非黒鉛系プレコート剤には、上記成分に加えて必要に応じ分散剤、消泡剤、防腐剤などの添加剤を添加しても良い。分散剤の例としては、ポリエチレンイミン、ポリアクリル酸、ナフタレンスルホン酸縮合物、ポリオキシエチレン・ソルビタンアルキルエステル、エチレンオキシド・プロピレンオキシド共重合物、などが挙げられる。消泡剤の例としては、シリコーンオイルエマルション、シリコーンオイルコンパウンド、アルコールアルコキシレート、ポリプロピレングリコール、などが挙げられる。防腐剤の例としては、グルタールアルデヒドのようなアルデヒド系、ナトリウムオマジンのようなピリジン系、ベンジルアミンのようなアミン系、アルキルアンモニウムアジピン酸塩のようなカルボン酸系、などが挙げられる。

本発明における非黒鉛系プレコート剤の製造方法の一例を示す。まず、（Ｄ）成分である水を撹拌機で撹拌しながら（Ａ）成分である無機固体物を添加し、完全に分散させる。この時、その他成分の分散剤を添加してもよい。そこに（Ｂ）成分であるバインダー剤を添加し、撹拌することにより完全溶解させる。更に（Ｃ）成分である界面活性剤を添加し、撹拌することにより完全溶解させる。この時、その他成分の消泡剤を添加してもよい。最後にその他成分である防腐剤を添加し、撹拌して製品とする。

本発明における非黒鉛系プレコート剤の使用方法の一例を示す。本発明の非黒鉛系プレコート剤は、原液または原液を水で２０〜５０容量％程度に希釈した状態で使用するのが望ましい。ビレットへの塗布は、常温あるいは５０〜２００℃に予備加熱したビレットに、原液または原液を水で希釈した液をスプレーまたはシャワー状に流しかけるのが望ましい。また、ビレット全体を原液または原液を水で希釈した液に浸漬し、塗布することも可能である。ビレット全体に均一皮膜が生成するように塗布することが望ましいが、特に加熱の際のビレット同士の溶着のみが問題となる場合は、ビレットの端面のみに塗布し皮膜を生成させても効果が期待できる。

以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜４および比較例１の非黒鉛系プレコート剤は以下の手順で製造した。水にその他成分である分散剤（ポリオキシエチレン・ソルビタンアルキルエステル）を添加し、撹拌しながら合成マイカ、天然マイカを添加し、完全に分散させた。そこへ実施例１、実施例２および比較例１にはポリアルキレングリコールを添加し、撹拌して完全に溶解させた。次に実施例２にはカルボキシメチルセルロース、実施例３にはポリプロピレンワックス、実施例４にはアクリル酸・エチレン・酢酸ビニル重合物を添加し、撹拌して完全に溶解させた。その後、界面活性剤（アルキルスルホコハク酸ナトリウム）、消泡剤（シリコーンオイルエマルション）を添加し、撹拌して完全に溶解させた。比較例１には天然マイカおよび界面活性剤を添加していない。比較例２は市販の黒鉛系プレコート剤である。比較例３はプレコート剤を塗布しないブランクである。

実施例１〜４の非黒鉛系プレコート剤および比較例１〜３を用い、以下の試験条件でビレットの酸化スケール発生量の評価と、耐溶着性能の評価を行った。

酸化スケール発生量の評価は以下のように行った。材質Ｓ−４５Ｃ、径２２ｍｍ、高さ２７ｍｍの円柱をｎ−ヘキサンで洗浄し試験片とした。この試験片の重量を測定しておき、電気炉で２００℃に加熱した後、水道水で希釈倍率３０容量%に希釈した実施例１〜４、比較例１、比較例２に約１秒間浸漬し塗布した。塗布後の試験片を１１５０℃に設定した電気炉に１５分間入れて加熱し、１５分後に試験片を取り出して冷却し、その後金属製ブラシで試験片表面に発生した酸化スケールを落とし、もう一度重量を測定した。塗布前の試験片重量から酸化スケールを落とした後の試験片重量を引くことで、発生した酸化スケール量を測定した。なお、結果は試験片３個の平均値で示した。測定結果を表１に示す。

耐溶着性能の評価は、以下のように行った。材質Ｓ−４５Ｃ、径２２ｍｍ、高さ２７ｍｍの円柱をｎ−ヘキサンで洗浄し試験片とした。この試験片を電気炉で２００℃に加熱した後、水道水で希釈倍率３０容量%に希釈した実施例１〜４、比較例１、比較例２に約１秒間浸漬し塗布した。塗布後の試験片を図１のように３段に積み重ね、１１５０℃に設定した電気炉に１５分間入れて加熱した。１５分後に３段に積み重ねた試験片を倒れないように取り出し、図１にあるように３個がともに溶着して剥がれない場合は×、１個が剥がれた場合は△、全て剥がれた場合は○として評価した。試験結果を酸化スケールの発生量測定結果とともに表１に示す。

※１）ポリオキシエチレン・ソルビタンアルキルエステル
※２）アルキルスルホコハク酸ナトリウム
※３）シリコーンオイルエマルション

実施例１〜４および比較例１〜３による酸化スケール発生量評価試験の結果から、比較例３のブランクに比べ、プレコート剤を塗布することで発生する酸化スケール量を低減できることを確認した。特に実施例１〜４は比較例１および２に比べて酸化スケールの発生量が大きく低減した。

実施例１〜４および比較例１〜３による耐溶着性能評価試験の結果から、カルボキシメチルセルロースを添加した実施例２、ポリプロピレンワックスを添加した実施例３、アクリル酸・エチレン・酢酸ビニル重合物を添加した実施例４、は耐溶着性能に効果を示した。

１．３段重ねにした試験片
２．加熱炉

Claims (5)

1. 鋼の温熱間鍛造を行う際の加熱するビレットに対し、加熱前にビレット表面に塗布する水ベースの非黒鉛系プレコート剤であって、無機固体物、バインダー剤、界面活性剤、及び水を含有し、
   前記無機固体物が、合成マイカおよび天然マイカである温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。
2. 前記プレコート剤の合計重量を１００質量％とした場合、前記無機固体物を１〜５０質量％、前記バインダー剤を１〜３０質量％、前記界面活性剤を０．０５％〜１０質量％、および前記水を３０〜９０質量％含有する、請求項１に記載の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。
3. 前記バインダー剤が、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、エチレン・酢酸ビニル共重合物、アクリル酸・エチレン・酢酸ビニル共重合物、アクリル樹脂、アクリル・スチレン樹脂、エポキシ樹脂、からなる群から選択される１種類または２種類以上である、請求項１または２に記載の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。
4. 前記界面活性剤が、ポリオキシエチレン・アルキルエーテル、ポリオキシエチレン・アルキルエステル、ポリオキシエチレン・アルキルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレン・アルキルエーテル硫酸ナトリウム、アルキルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレン・アルキルスルホコハク酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、からなる群から選択される１種類または２種類以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。
5. アルミナ、合成ムライト、天然ムライト、ジルコンサンド、珪藻土、チタン酸カリウム、からなる群から選択される１種類以上をさらに含有する、請求項１〜４のいずれかに記載の温熱間鍛造用非黒鉛系プレコート剤。

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