JP6744048B2 - 水溶性焼入れ油組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、水溶性焼入れ油組成物に関する。
金属の焼入れは、金属の変態を利用してその機械的性質を改善するものであり、その冷却過程には、主に焼入れ油が用いられる。焼入れ油を用いた冷却過程は、蒸気膜段階、沸騰段階及び対流段階に分けて考えられる。
大きな金属部品や、焼入れ性の悪い金属部品の場合、油系の冷却剤では冷却性能が不足する傾向があり、水系冷却剤が用いられることがある。ところが、水の沸点は１００℃であるため、蒸気膜崩壊後に、１００℃付近まで処理物が急激に冷却される。そのため、水溶性冷却剤は、冷却むらが生じやすく、また蒸気膜崩壊後の冷却速度が速いため処理体の割れ（焼割れ）の恐れがある。
水系冷却剤の上記欠点を改善する取り組みがなされている。特許文献１では、無機塩を配合した水系冷却剤を用いることにより、特性秒数を短くすることを開示している。
また、特許文献２には、特定分子量のポリアルキレングリコールまたはその誘導体と、グリコールモノエーテルとの組み合わせを含有する水溶性焼入れ油は、焼割れ防止性，焼入れ性及び焼ムラ防止性に優れることが開示されている。
特開２０１４−１２５６８０号公報 特開平９−２２７９３２号公報
金属表面に形成される蒸気膜は、焼入れ剤液と処理物表面との直接接触を妨げ、また熱伝導率の小さい蒸気膜が熱移動を阻害するため、蒸気膜段階の冷却速度は遅い。そのため、水溶性焼入れ剤を用いて急冷を行う場合には、処理金属表面に形成される蒸気膜の崩壊挙動が、その焼入れ剤の冷却特性を大きく左右する。従って、蒸気膜段階から沸騰段階に移行する時間を示す特性秒数は、冷却特性における重要な特性値となる。
特許文献１の水系冷却剤は、特性秒数を短くすることができる一方で、蒸気膜崩壊後の冷却速度が十分でなく、処理体の割れへの対応が未だ十分でない。また、特許文献１及び２のいずれに開示されるいずれもの特性秒数も、焼入れ油の優れた冷却特性を得るためには十分に効果的ではない。
本発明の課題は、蒸気膜崩壊後、ＪＩＳ Ｋ ２２４２：２０１２に規定される温度域において十分な冷却速度を有すると共に、従来の水溶性焼入れ油剤と比べて極めて短い特性秒数を達成する水溶性焼入れ油組成物を提供することを目的とする。
本発明者等は鋭意検討を行った結果、添加剤として、特定のポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体から選ばれる少なくとも１種と、特定のアルキレングリコールエーテルとを配合した水溶性焼入れ油組成物が上記課題を解決することを見出し、以下の発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［３］を提供する。
［１］水と共に、
ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）から選ばれる少なくとも１種と
アルキレングリコールエーテル（Ｂ）
とを配合してなり、
ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）の質量平均分子量が１０，０００以上１００，０００以下であり、
前記アルキレングリコールエーテル（Ｂ）は、２０℃の水１００ｍＬへの溶解度が２．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ以下であり、かつ１モル当たりの分子量が１，０００ｇ／ｍｏｌ以下である、水溶性焼入れ油組成物。
［２］上記［１］に記載の水溶性焼入れ油組成物の濃縮液。
［３］金属からなる部材を焼入れ後、上記［１］に記載の水溶性焼入れ油組成物を用いて冷却する焼入れ方法。
本発明によれば、蒸気膜崩壊後のＪＩＳ Ｋ ２２４２：２０１２：付属書Ａ（Ｂ法）に規定される温度域において十分な冷却速度を有すると共に、極めて短い特性秒数を達成する水溶性焼入れ油組成物を提供することができる。
以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。
［水溶性焼入れ油組成物］
本実施形態に係る水溶性焼入れ油組成物は、以下の成分（Ａ）から選ばれる少なくとも１種と、成分（Ｂ）とを配合してなる。
上記「成分（Ａ）から選ばれる少なくとも１種と、成分（Ｂ）とを配合してなる水溶性焼入れ油組成物」には、新油時に、「成分（Ａ）から選ばれる少なくとも１種と、成分（Ｂ）とを含有する水溶性焼入れ油組成物」も含まれるものとする。また、本実施形態の効果を損なわない範囲において、その他添加剤を含む水溶性焼入れ油組成物としてもよい。
本実施形態において「特性秒数」とは、ＪＩＳ Ｋ ２２４２：２０１２：付属書Ａ（Ｂ法）に準拠して測定される「特性秒数」を指すものとする。
本実施形態において「冷却速度」とは、ＪＩＳ Ｋ ２２４２：２０１２：付属書Ａ（Ｂ法）に準拠して測定される、３５０℃から１５０℃までの温度域における冷却時間から算出される冷却速度を指すものとする。
＜ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）＞
本実施形態の水溶性焼入れ油組成物には、ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）から選ばれる少なくとも１種が配合され、ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）の質量平均分子量は１０，０００以上１００，０００以下であることを要する。
ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）としては、質量平均分子量が１０，０００以上１００，０００以下の範囲にあるものが用いられる。質量平均分子量が１０，０００未満であると、十分な冷却速度を有する水溶性焼入れ油組成物が得られにくいため好ましくない。質量平均分子量が１００，０００を超えると、組成物自体の粘度が上昇することによるハンドリング性の悪化、材料の汚染、及び部材による油の持去り等のため好ましくない。ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）の質量平均分子量は好ましくは１２，０００以上８０，０００以下、より好ましくは１４，０００以上５０，０００以下である。なお、この質量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法によるポリスチレン換算値である。
ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）は、繰り返し単位としてオキシアルキレン単位を有し、質量平均分子量が１０，０００以上１００，０００以下の範囲にあればよく、特に限定されない。このようなポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）としては、例えば下記一般式（Ｉ）で表される化合物を好ましくは挙げることができる。
Ｒ1Ｏ−（ＲAＯ）n−Ｒ2 （Ｉ）
式中、ＲAは炭素数２〜６のアルキレン基を示す。Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１１のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数５〜１８の飽和若しくは不飽和の脂環式炭化水素基若しくは芳香族炭化水素基を示す。ｎは該化合物の重量平均分子量が１０，０００以上１００，０００以下の範囲となる数である。（ＲAＯ）単位が複数ある場合、すなわちｎ≧２である場合には、各（ＲAＯ）単位は同一であってもよく、異なっていてもよい。オキシアルキレン単位（ＲAＯ）が異なる場合は共重合体となるが、この場合ランダム及びブロック共重合体のいずれであってもよい。
ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）は、好ましくは水溶性である。
ポリオキシアルキレングリコールやその誘導体（Ａ）の好ましいものの例としては、上記式（１）の（ＲAＯ）単位が、エチレンオキシド；プロピレンオキシド；ブチレンオキシド等の１種のアルキレンオキシドで構成されているポリオキシアルキレングリコール；上記式（１）の（ＲAＯ）単位が、エチレンオキシド，プロピレンオキシド及びブチレンオキシド等の中から選ばれた二種以上のアルキレンオキシドの共重合体から構成されるポリオキシアルキレングリコール；上記式（１）の末端Ｒ1及びＲ2の少なくとも一方が、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１１のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数５〜１８の飽和若しくは不飽和の脂環式炭化水素基若しくは芳香族炭化水素基のいずれかを示すポリオキシアルキレングリコールの誘導体を挙げることができる。
Ｒ1及びＲ2が示す炭素数１〜１０のアルキル基としては、例えば、メチル基，エチル基，ｎ−プロピル基，イソプロピル基，ｎ−ブチル基，イソブチル基，ｓｅｃ−ブチル基，ｔｅｒｔ−ブチル基，ヘキシル基，２−エチルヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基及びデシル基等を挙げることができる。炭素数１〜１１のアシル基としては、上記メチル基やエチル基等、炭素数１〜１０のアルキル基として具体的に上述した基とカルボニル基とを有するものを挙げることができる。
Ｒ1及びＲ2が示す炭素数５〜１８の飽和脂環式炭化水素基としては、シクロペンチル基，シクロヘキシル基，シクロヘプチル基，シクロオクチル基，シクロノニル基，シクロデシル基等を挙げることができる。炭素数５〜１８の不飽和脂環式炭化水素基としては、シクロペンテニル基やシクロヘキセニル等、上記した飽和脂環式炭化水素基が少なくとも１つの不飽和結合を有するものを挙げることができる。炭素数５〜１８の芳香族炭化水素基としては、具体的には、フェニル基，ナフチル基等のアリール基を挙げることができる。
置換基としては例えば、Ｃ1〜Ｃ6アルキル基，Ｃ1〜Ｃ6アルコキシ基，Ｃ6〜Ｃ14のアリール基等が挙げられる。
ポリオキシアルキレングリコールの具体例としては、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールを挙げることができる。
ポリオキシアルキレングリコールやその誘導体（Ａ）から選ばれる少なくとも１種が配合されるが、２種以上が配合されていてもよい。本実施形態の水溶性焼入れ油組成物における、ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）から選ばれる少なくとも１種の配合量は、組成物の全量基準で、好ましくは０．１質量％以上３０質量％以下である。上記配合量は、ポリオキシアルキレングリコールやその誘導体（Ａ）そのものの量を指し、複数のポリオキシアルキレングリコールやその誘導体（Ａ）が含まれる場合には合計量を示す。ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）から選ばれる少なくとも１種の配合量が上記範囲であれば、蒸気膜崩壊後に十分な冷却速度を確保することができるため好ましい。ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）から選ばれる少なくとも１種の配合量は、組成物の全量基準で、より好ましくは１質量％以上２５質量％以下、さらに好ましくは２質量％以上２０質量％以下である。
＜アルキレングリコールエーテル（Ｂ）＞
本実施形態において水溶性焼入れ油組成物に配合されるアルキレングリコールエーテル（Ｂ）は、２０℃における水１００ｍＬへの溶解度が２．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ以下であり、かつ１モル当たりの分子量が１，０００ｇ／ｍｏｌ以下であることを要する。
アルキレングリコールエーテル（Ｂ）の２０℃における水１００ｍＬへの溶解度が２．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏを超えると、本実施形態の効果の１つである極めて短い特性秒数を達成することができない。アルキレングリコールエーテル（Ｂ）の２０℃における水１００ｍＬへの溶解度は、好ましくは１．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ以下であり、より好ましくは０．００１ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ以上１．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ以下である。
アルキレングリコールエーテル（Ｂ）の１モル当たりの分子量は、１，０００ｇ／ｍｏｌ以下であることを要する。１モル当たりの分子量が１，０００ｇ／ｍｏｌを超えると、極めて短い特性秒数を達成することが困難である。
アルキレングリコールエーテル（Ｂ）の１モル当たりの分子量は、好ましくは７５ｇ／ｍｏｌ以上、より好ましくは１００ｇ／ｍｏｌ以上、さらに好ましくは１４０ｇ／ｍｏｌ以上、特に好ましくは１６０ｇ／ｍｏｌ以上である。また、アルキレングリコールエーテル（Ｂ）の１モル当たりの分子量は、好ましくは５００ｇ／ｍｏｌ以下、より好ましくは２５０ｇ／ｍｏｌ以下である。
アルキレングリコールエーテル（Ｂ）は２０℃における水１００ｍＬへの溶解度が２．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ以下であり、かつ１モル当たりの分子量が１，０００ｇ／ｍｏｌ以下であれば特に限定されない。
上記アルキレングリコールエーテル（Ｂ）としては、例えば以下の一般式（ＩＩ）で示すものを挙げることができる。
Ｒ11Ｏ−（ＲBＯ）m−Ｒ12 （ＩＩ）
式中、ＲBは炭素数２〜６のアルキレン基を示す。Ｒ11及びＲ12はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１１のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数５〜１８の飽和若しくは不飽和の脂環式炭化水素基若しくは芳香族炭化水素基を示し、Ｒ11及びＲ12の少なくとも一方は炭素数１〜１０のアルキル基、または置換基を有していてもよい炭素数５〜１８の飽和若しくは不飽和の脂環式炭化水素基若しくは芳香族炭化水素基を示す。ｍは該化合物の１モル当たりの分子量が１，０００ｇ／ｍｏｌ以下の範囲となる数である。（ＲBＯ）単位が複数ある場合、すなわちｍ≧２である場合には、各（ＲBＯ）単位は同一であってもよく、異なっていてもよい。オキシアルキレン単位（ＲBＯ）が異なる場合は共重合体となるが、この場合ランダム及びブロック共重合体のいずれであってもよい。
アルキレングリコールエーテルの好ましい例としては、上記式（１）の（ＲBＯ）単位が、エチレンオキシド；プロピレンオキシド；ブチレンオキシド等の１種のアルキレンオキシド、又はエチレンオキシド，プロピレンオキシド及びブチレンオキシド等の中から選ばれた二種以上のアルキレンオキシドから構成され、上記式（１）の末端Ｒ11及びＲ12の少なくとも一方が、炭素数１〜１０のアルキル基を示すアルキレングリコールエーテルを挙げることができる。中でも、Ｒ11及びＲ12のどちらかが水素原子であるアルキレングリコールモノエーテルを挙げることができる。
Ｒ11及びＲ12が示す炭素数１〜１０のアルキル基としては、例えば、メチル基，エチル基，ｎ−プロピル基，イソプロピル基，ｎ−ブチル基，イソブチル基，ｓｅｃ−ブチル基，ｔｅｒｔ−ブチル基，ヘキシル基，２−エチルヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基及びデシル基等を挙げることができる。炭素数１〜１１のアシル基としては、上記メチル基やエチル基等、炭素数１〜１０のアルキル基として具体的に上述した基とカルボニル基とを有するものを挙げることができる。
Ｒ11及びＲ12が示す炭素数５〜１８の飽和脂環式炭化水素基としては、シクロペンチル基，シクロヘキシル基，シクロヘプチル基，シクロオクチル基，シクロノニル基，シクロデシル基等を挙げることができる。炭素数５〜１８の不飽和脂環式炭化水素基としては、シクロペンテニル基やシクロヘキセニル等、上記した飽和脂環式炭化水素基が少なくとも１つの不飽和結合を有するものを挙げることができる。炭素数５〜１８の芳香族炭化水素基としては、具体的には、フェニル基，ナフチル基等のアリール基を挙げることができる。
置換基としては例えば、Ｃ1〜Ｃ6アルキル基，Ｃ1〜Ｃ6アルコキシ基，Ｃ6〜Ｃ14のアリール基等が挙げられる。
アルキレングリコールエーテルとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール及びジプロピレングリコール由来の単位を有する、アルキレングリコールモノアルキルエーテルが好ましい。例えば、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノオクチルエーテル、エチレングリコールモノデシルエーテル、エチレングリコールモノラウリルエーテルなどのエチレングリコールモノアルキルエーテル；このエチレングリコールモノアルキルエーテルのエチレンオキシ基の代わりにプロピレンオキシ基またはブチレンオキシ基を有するポリアルキレングリコールモノアルキルエーテル，例えば、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、１−（２−ブチルブトキシ）プロパン−２−オール、ジプロプレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロプレングリコールモノブチルエーテルなどのアルキレングリコールモノアルキルエーテルを挙げることができる。このようなアルキレングリコールエーテルは１種を単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。
本実施形態において、水溶性焼入れ油組成物に配合されるアルキレングリコールエーテル（Ｂ）の配合量は、組成物全量基準で、好ましくは０．１質量％以上１０質量％以下である。配合量が上記範囲であれば、十分な冷却速度を確保すると共に、冷却曲線から得られる特性秒数を極めて短くすることができる。なお、アルキレングリコールエーテル（Ｂ）を２種以上併用する場合の「アルキレングリコールエーテル（Ｂ）の配合量」とは、その合計量を指すものとする。
アルキレングリコールエーテル（Ｂ）の配合量は、組成物全量基準で、より好ましくは０．１５質量％以上５質量％以下、さらに好ましくは０．２質量％以上３質量％以下である。
＜モノカルボン酸（Ｃ）＞
本実施形態における水溶性焼入れ油組成物には、さらにモノカルボン酸（Ｃ）を配合してもよい。かかるモノカルボン酸は、上記成分（Ｂ）の水への溶解助剤として働き、液の安定性を保つことができるため好ましい。
本実施形態におけるモノカルボン酸（Ｃ）は特に限定されないが、主鎖の炭素数が４以上１１以下であるモノカルボン酸が好ましい。本実施形態においては、モノカルボン酸の主鎖の炭素数には、カルボキシル基形成炭素も含まれるものとする。なお、本実施形態において、主鎖の決定は、ＩＵＰＡＣ命名法に従う。
上記モノカルボン酸（Ｃ）としては、例えば、カプロン酸、カプリル酸、ノナン酸、３，５，５−トリメチルヘキサン酸から選択される少なくとも１種であることが好ましく、３，５，５−トリメチルヘキサン酸がより好ましい。上記モノカルボン酸（Ｃ）の主鎖の炭素数は、より好ましくは５以上１０以下、さらに好ましくは６以上９以下である。
本実施形態において、水溶性焼入れ油組成物に配合されるモノカルボン酸（Ｃ）の配合量は、組成物全量基準で、好ましくは０．０５質量％以上１０質量％以下である。モノカルボン酸（Ｃ）を配合する場合に、配合量が上記範囲であれば、水溶性焼入れ油組成物の液が安定するため好ましい。
モノカルボン酸（Ｃ）の配合量は、組成物全量基準で、より好ましくは０．１質量％以上８質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以上５質量％以下である。
＜アルカノールアミン＞
本実施形態の水溶性焼入れ油組成物には、さらにアルカノールアミンを配合することも好ましい。
アルカノールアミンとしては、本実施形態の効果を阻害しない限り特に限定されない。例えば、好ましくは炭素数１以上１２以下、より好ましくは２以上９以下のアルカノールアミンを配合することができる。上記アルカノールアミンの具体例としては、モノエタノールアミン，ジエタノールアミン，トリエタノールアミン，モノメタノール−ジエタノールアミン，モノイソプロパノールアミン，トリイソプロパノールアミン，モノシクロヘキシルエタノールアミン，ジシクロヘキシルエタノールアミン，モノ（２−メチル−シクロペンチル）エタノールアミン及びシクロヘキシルジエタノールアミン等が挙げられる。
上記アルカノールアミンの配合量は特に限定されないが、組成物の全量基準で、通常、０．１質量％以上１０質量％以下、好ましくは１質量％以上８質量％以下、より好ましくは２質量％以上５質量％以下である。
＜その他成分＞
本実施形態の水溶性焼入れ油組成物には、本実施形態の目的が損なわれない範囲で、所望により、水溶性焼入れ油に慣用されているその他の添加剤を配合することができる。かかるその他添加剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール，トリルトリアゾールなどの腐食防止剤、防錆剤、銅不活性化剤、酸化防止剤、シリコーン系消泡剤、着色剤、ピロリン酸カリウムなどの無機酸塩の冷却剤などを適宜配合することができる。また、モノカルボン酸（Ｃ）以外の脂肪族カルボン酸として、脂肪族ジカルボン酸を配合することができる。脂肪族ジカルボン酸としては、オクタン二酸（スベリン酸）、ノナン二酸（アゼライン酸）、デカン二酸（セバシン酸）、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ヘキサデカン二酸、オクタデカン二酸、イコサン二酸、ドコサン二酸、テトラコサン二酸、ヘキサコサン二酸、オクタコサン二酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸（これらジカルボン酸は直鎖状でも分岐状でもよい）を挙げることができる。
これらの添加剤の含有量は、本発明の効果を損なわない範囲内で、適宜調整することができる。添加剤の含有量は、潤滑油組成物の全量（１００質量％）基準で、通常０．００１質量％以上１０質量％以下、好ましくは０．００５質量％以上８質量％以下、より好ましくは０．０１質量％以上５質量％以下、さらに好ましくは０．０５質量％以上１質量％以下である。なお、添加剤として複数成分を含有する場合には、各成分は独立して上記範囲で含有されるものとする。
なお、本実施形態の水溶性焼入れ油組成物に配合される水、成分（Ａ）〜（Ｃ）、アルカノールアミン及びその他成分の合計配合量は、１００質量％を超えないものとする。
＜水＞
本実施形態の水溶性焼入れ油組成物に含まれる水は特に限定されず、蒸留水、イオン交換水、水道水、工業用水などいずれを用いてもよい。
本実施形態の水溶性焼入れ油組成物における水の含有量については特に制限はなく、成分（Ａ）〜（Ｃ）、アルカノールアミン及びその他成分の合計の残部（各成分と水とを合計して１００質量％となる）広い範囲で選択することができる。水の含有量は、通常５０〜９９質量％の範囲で広く選択され、好ましくは６０〜９８質量％、より好ましくは７０〜９７質量％である。
本発明の一態様において、水、成分（Ａ）、成分（Ｂ）及び成分（Ｃ）の合計含有量は、水溶性焼入れ油組成物の全量（１００質量％）基準で、好ましくは８０〜１００質量％、より好ましくは９５〜１００質量％である。
本発明の一態様において、水、成分（Ａ）、成分（Ｂ）、成分（Ｃ）、アルカノールアミン及びその他添加剤の合計含有量は、水溶性焼入れ油組成物の全量（１００質量％）基準で、好ましくは９０〜１００質量％、より好ましくは９５〜１００質量％である。
本実施形態の水溶性焼入れ油組成物は、十分な冷却速度と共に、極めて短い特性秒数を達成する。かかる特性秒数は、ＪＩＳ Ｋ ２２４２：２０１２：付属書Ａ（Ｂ法）に準拠して、液温４０℃において測定される特性秒数が、０．１秒未満と、これまでの水溶性焼入れ油と比べて格段に短い特性秒数を達成することができ、優れた冷却性能を示す。また、本実施形態の水溶性焼入れ油組成物は、蒸気膜崩壊後に、１９０〜３００秒付近の十分な冷却速度を有することができる。
本実施形態によれば、上記水溶性焼入れ油組成物を濃縮した濃縮液も提供される。このような濃縮液は、保存や運搬などの便宜を図る上で好ましい。
本実施形態における濃縮液は、上記水溶性焼入れ油組成物を、好ましくは２〜３０倍、より好ましくは２．５〜２５倍、さらに好ましくは３〜２０倍に濃縮したものである。
次に、本実施形態の焼入れ方法について説明する。
＜焼入れ方法及び使用＞
本実施形態は、金属からなる部材を焼入れ後、上記した水溶性焼入れ油組成物を用いて冷却する焼入れ方法も提供する。上記した水溶性焼入れ油組成物は、十分な冷却速度を有すると共に、特性秒数が極めて短い。従って、本実施形態の焼入れ方法は、処理する金属部材の割れや、冷却ムラによる焼入れ歪を有意に抑えることができるため好ましい。
また、本実施形態は、金属からなる部材を焼入れ後に冷却する際の、上記水溶性焼入れ油組成物の使用も提供する。
本実施形態の焼入れ方法としては、浸漬焼入れ及び高周波焼入れ等を用いることができる。
以下、本実施形態を実施例によりさらに具体的に説明するが、本実施形態はこれらに何ら限定されない。
実施例１〜２及び比較例１〜７
表１に示す配合材料及び割合で、水溶性焼入れ油組成物を調製した。
上記水溶性焼入れ油組成物について、以下の評価方法により各水溶性焼入れ油組成物について冷却性能を評価した。結果を表１に併せて示す。
［評価方法］
（１）冷却性評価
ＪＩＳ Ｋ ２２４２：２０１２：付属書Ａ（Ｂ法）に規定される冷却性試験に準拠して、液温４０℃で得られる各焼入れ油組成物についての冷却曲線を得た。
（１．１）特性秒数
上記冷却曲線から、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）を得た。
（１．２）冷却速度
上記冷却曲線において、３５０℃から１５０℃までの冷却速度を算出した。
Figure 0006744048
表１及び２の配合材料は以下の通りである。
（Ａ）ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体
・ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール（質量平均分子量：１５，０００，多分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．５，エチレンオキシド：プロピレンオキシド＝７２：２８）
（Ｂ）アルキレングリコールエーテル（以下、「溶解度」は、２０℃における水１００ｍＬへの溶解度：単位はｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ）
・エチレングリコールモノヘキシルエーテル（溶解度：０．９９ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ，１モル当たりの分子量：１４６．３）
・プロピレングリコールモノヘキシルエーテル（溶解度：０．４ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ，１モル当たりの分子量：１６０．３）
（その他アルキレングリコールモノアルキルエーテル）
・プロピレングリコールモノブチルエーテル（溶解度：６．４ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ，１モル当たりの分子量：１３２．２ｇ／ｍｏｌ）
・ジプロピレングリコールモノブチルエーテル（溶解度：３．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ，１モル当たりの分子量：１９０．３ｇ／ｍｏｌ）
・エチレングリコールモノブチルエーテル（易溶，１モル当たりの分子量：１１８．２ｇ／ｍｏｌ）
・ジエチレングリコールモノブチルエーテル（易溶，１モル当たりの分子量：１６２．３）
（Ｃ）モノカルボン酸
・３，５，５−トリメチルヘキサン酸（主鎖の炭素数：６）
＜アルカノールアミン＞
・シクロヘキシルジエタノールアミン
＜水＞
・イオン交換水
＜その他成分＞
・ベンゾトリアゾール、ドデカン二酸、ピロリン酸カリウム
実施例の水溶性焼入れ油組成物は、蒸気膜崩壊後、十分な冷却速度を有すると共に、０．１秒未満という極めて短い特性秒数を達成し、冷却性能に優れることがわかる。比較例１は、冷却剤として用いられるピロリン酸カリウムを配合した系であり、特性秒数は短いものの、冷却速度が非常に早い。アルキレングリコールエーテルとして、２０℃における水１００ｍＬへの溶解度が２．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏを超える化合物を配合した比較例２〜５では、実施例に比べて特性秒数に劣る。（Ｂ）成分を含まないこと以外は実施例１と同じ組成を有する比較例７は、極めて短い特性秒数を達成することができない。
本実施形態によれば、蒸気膜崩壊後、十分な冷却速度を有すると共に、極めて短い特性秒数を達成する水溶性焼入れ油組成物及びその濃縮物、並びに冷却する際に、当該水溶性焼入れ油組成物を用いる焼入れ方法を提供することができる。

Claims (11)

  1. 水と共に、
    ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）から選ばれる少なくとも１種と
    アルキレングリコールエーテル（Ｂ）
    とを配合してなり、
    ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）の質量平均分子量が１０，０００以上１００，０００以下であり、かつ
    アルキレングリコールエーテル（Ｂ）は、２０℃の水１００ｍＬへの溶解度が２．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ以下であり、かつ１モル当たりの分子量が１，０００ｇ／ｍｏｌ以下である、水溶性焼入れ油組成物。
  2. アルキレングリコールエーテル（Ｂ）の２０℃における水１００ｍＬへの溶解度が１．０ｇ／１００ｍＬ−Ｈ２Ｏ以下である、請求項１に記載の水溶性焼入れ油組成物。
  3. アルキレングリコールエーテル（Ｂ）の配合量が、組成物の全量基準で、０．１質量％以上１０質量％以下である、請求項１または２に記載の水溶性焼入れ油組成物。
  4. ポリオキシアルキレングリコール及びその誘導体（Ａ）から選ばれる少なくとも１種の配合量が、組成物の全量基準で、０．１質量％以上３０質量％以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水溶性焼入れ油組成物。
  5. モノカルボン酸（Ｃ）をさらに配合してなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水溶性焼入れ油組成物。
  6. モノカルボン酸（Ｃ）の主鎖の炭素数が４以上１１以下である、請求項５に記載の水溶性焼入れ油組成物。
  7. モノカルボン酸（Ｃ）の配合量が、組成物の全量基準で、０．０５質量％以上１０質量％以下である、請求項５又は６に記載の水溶性焼入れ油組成物。
  8. さらに、アルカノールアミンを０．１質量％以上１０質量％以下配合してなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の水溶性焼入れ油組成物。
  9. ＪＩＳ Ｋ ２２４２：２０１２：付属書Ａ（Ｂ法）に準拠し、液温４０℃で得られる冷却曲線に基づく特性秒数が０．１秒未満である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の水溶性焼入れ油組成物。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の水溶性焼入れ油組成物の濃縮液。
  11. 金属からなる部材を焼入れ後、請求項１〜９のいずれか一項に記載の水溶性焼入れ油組成物を用いて冷却する焼入れ方法。
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