JPH044396B2

JPH044396B2 -

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Publication number: JPH044396B2
Application number: JP21226487A
Authority: JP
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1992-01-28
Also published as: JPS6455390A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、伸線、冷間鍛造、転造、伸管、ヘツ
ダー加工などに適用される鉄鋼材の冷間加工潤滑
処理方法に関するものである。〔従来技術〕鉄鋼材を冷間加工する場合、被加工機と工具と
の摩擦及び摩耗を低減する為に被加工機に潤滑処
理を施すのが通常であり、比較的低加工度のもの
に対しては、極圧添加剤や油性向上剤を添加した
油が施され、高加工度のものに対しては、リン酸
亜鉛系処理液にてリン酸塩皮膜を生成させ、その
上にナトリウム石鹸又は金属石鹸等の潤滑剤が施
されていた。更に、前記リン酸塩皮膜の潤滑性を改善して、
リン酸亜鉛カルシウム系皮膜を生成させる処理液
が開発され、特公昭60−20463号公報に開示され
ている。同処理液の組成は、カルシウムイオン
0.1〜0.35％、亜鉛イオン0.1〜1.5％、リン酸イオ
ン0.5〜3.0％、硝酸イオン3.0〜5.0％で、且つ亜
鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が
0.1〜1.0及びリン酸イオンに対する硝酸イオンの
重量比が1.0〜5.0となつている。この処理液を適
用して生成した皮膜は、リン酸亜鉛カルシウム
と、リン酸亜鉛と、リン酸亜鉛鉄などの決勝の混
合物であり、リン酸塩の皮膜重量が多く、式Ｉで
示したように、潤滑剤の石鹸との反応性が良いた
め、金属石鹸の生成量が多く良好である。 6C₁₇H₃₅COONa＋Me(PO₄)₂→ ３(C₁₇H₃₅COO)₂Me＋2Na₃PO₄ …… 〔発明が解決しようとする問題点〕前記従来例においては、その処理温度が70〜85
℃を必須要件としており、近年要求されている省
エネルギーに逆行するという問題点を有するばか
りでなく、生成された皮膜において、耐熱性の良
いリン酸亜鉛カルシウム（シヨルタイト）が10〜
25％と少ないため、一工程における断面減少率が
80％に達する強加工の場合には、加工中の被加工
物の表面温度が300℃を超えることもしばしばあ
り、リン酸亜鉛カルシウムが少ないリン酸塩皮膜
は、熱分解や物理的破壊により、その潤滑性能が
発揮されないという問題点が有るばかりでなく、
潤滑性が低下することにより、焼付き現象が生じ
品質が低下する共に、工具の摩耗も激しくなり、
工具寿命が著しく短縮されるという問題点も有し
ている。〔問題点を解決するための手段〕鉄鋼材を冷間加工する際、予めカルシウムイオ
ン0.5〜3.5％、亜鉛イオン0.3〜2.5％、リン酸イ
オン0.5〜5.0％、硝酸イオン0.5〜8.0％、亜硝酸
イオン0.0005〜0.05％、ポリアミノカルボン酸イ
オン0.01〜0.4％の範囲の濃度で且つ亜鉛イオン
に対するカルシウムイオンの重量比がCa／Zn＝
0.7〜4.0のリン酸塩処理液により処理し、次いで
潤滑剤処理を施すことを特徴とする鉄鋼材の冷間
加工潤滑処理方法を提供するものであり、特にポ
リアミノカルボン酸イオンの存在下において、リ
ン酸塩処理液中のカルシウム／亜鉛の比を高くす
ることにより、リン酸亜鉛カルシウムの含有率を
増大させて、苛酷な圧延によつても潤滑性能が低
下しないようにしたのである。〔処理液組成の説明〕本発明に係るリン酸塩皮膜化成処理液中の各イ
オンの濃度及び重量比において、カルシウムイオ
ンは0.5％未満であると、強加工に必要なリン酸
亜鉛カルシウム系皮膜の生成が少なすぎてもよく
ない。又、3.5％を超えても、増加した分の効果
が認められない。むしろ皮膜重量が減少する傾向
でよくない。好ましいのは1.0〜2.0％である。亜鉛イオンは0.3％未満であると皮膜重量が少
なくなりすぎたり、化成不良を起すため焼付きが
発生しやすくなる。2.5％を超えると、リン酸亜
鉛カルシウム系皮膜の生成が少なすぎてよくな
い。好ましい範囲は、0.5〜1.5％である。リン酸イオンは、0.5％未満であるとリン酸塩
皮膜の化成性が悪く、焼付きが発生する。５％を
超えても添加に見合う効果が得られない。好まし
いのは１〜３％である。硝酸イオンは、0.5％未
満では、被加工材の鉄鋼材の腐食反応性が低下す
るため、化成反応が遅くなつてよくない。8.0％
を超えても、添加に見合う効果が得られないばか
りでなく、腐食反応が増加しすぎて、化成不良が
発生することがある。好ましいのは２〜５％であ
る。亜硝酸イオンは、酸化力が強く、被加工材から
溶出した２価の鉄イオンを３価に変える作用があ
り、0.0005％未満では酸化力が弱いため化成不良
が発生してよくない。0.05％を超えると、酸化力
が強すぎて化成不良が発生してよくない。好まし
いのは0.005〜0.02％である。又、用途に応じて
他の酸化剤として例えば、塩素酸イオン、ヒドロ
キシルアミンイオン、ニトロベンゼニスルホン酸
イオンなどを添加してもよい。ポリアミノカルボン酸イオンは分子中にカルボ
ン酸基が３個以上有するものであり、例えばエチ
レンジアミンテトラ酢酸（EDTA）、ニトリロト
リ酢酸（NTA）、ミクロヘキサンジアミンテト
ラ酢酸（CDTA）、グリコールエーテルジアミン
テトラ酢酸（GEDTA）、エチレンジアミン酢酸
ジプロピオン酸（EDPA）、エチルエーテルジア
ミンテトラ酢酸（EEDTA）、ジエチレニトリア
ミンペンタ酢酸（DTPA）などが挙げられる。
好ましいのは、EDTAである。0.01％未満では皮
膜重量増加効果は少ないためよくない。0.4％を
超えるとむしろ皮膜重量が減少傾向が強くなるた
めよくない。好ましいのは0.05〜0.2％である。カルシウムイオンと亜鉛イオンの重量比は、
Ca／Zn＝0.7未満であるとリン酸亜鉛カルシウム
系皮膜の生成量が少なく耐熱性が低下して強加工
に耐えられなくなり、4.0を超えると、その比に
見合う効果が得られない。むしろ皮膜重量が減少
してよくない。好ましいのは1.0〜2.0である。処理液温度は50〜95℃の範囲である。50℃未満
では被加工材の腐食反応が低下するため好ましく
ない。95℃を超えても、それ以上の効果が認めら
れない。好ましいのは、75〜85℃の範囲である。処理液の濃度は全酸度（TA）で管理する。鉄
鋼材料を腐食させるため、遊離のリン酸が処理液
中に存在し、これを遊離酸度（FA）で表わす。
リン酸塩皮膜の化成反応をスムーズに進めるた
め、TA、FA及びTA／FA（酸比）を管理する必
要がある。TA／FAは温度によつて良好な皮膜
化成ができる範囲が決つており、低温度の場合は
高く、高温度の場合は低い値となる。尚、酸化の
調整は水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸
化カリウム、アンモニア水等のアルカリやリン酸
などの酸で行うことができる。前記した処理液に対して、ニツケル、コバル
ト、銅イオンの１種又は２種以上を添加すること
によつて、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜の重量を
増加させることができ、潤滑性も向上する。これ
らのイオンの添加量は、0.01％未満では皮膜重量
を増加させる効果が少なく、又0.4％を超えても
それ以上の効果が期待できない。従つて、好まし
い範囲はニツケルイオンで0.05〜0.2％程度であ
る。尚、他の金属イオン、例えばマンガン、マグ
ネシウム、チタン、ジルコニウムなどを潤滑性に
悪影響を及ぼさない範囲で含んでも良い。更に前記処理液に対し、リン酸亜鉛カルシウム
の結晶を緻密にするため、例えば酒石酸、クエン
酸、グリセロリン酸などのキレート剤を0.01〜
0.05％程度の範囲で含ませても良い。〔処理方法の説明〕前記した処理液を用い、処理液温度を50〜95℃
の範囲にし、浸漬又はスプレー法にて10秒〜20分
間行う。皮膜化成反応を速めるためには予めコロ
イドチタン化合物を含有する表面調整用水溶液、
例えばプレパレンＺ（商標名、日本パーカライジ
ング(株)社製）などで被処理金属表面を処理した
り、リン酸塩処理液の濃度を高めることで可能と
なる。被処理金属をリン酸塩処理し、その表面に
リン酸塩皮膜を形成させた後、水洗又は水洗しな
いで乾燥もしくは乾燥することなく潤滑処理を行
う。潤滑処理としては、アルカリ石鹸水溶液による
処理、金属石鹸含有液による処理、潤滑油処理、
固体潤滑処理等による方法が挙げられる。アルカリ石鹸処理の例としては、ステアリン酸
ナトリウム等の脂肪酸石鹸の40〜100ｇ／水溶
液に70〜90℃、１〜10分間浸漬処理し、乾燥して
潤滑皮膜を形成させるものがあり、金属石鹸処理
の例としては、ステアリン酸カルシウム、ステア
リン酸バリウム、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸の
金属塩の粉末又は溶媒分散液で処理させるものが
ある。潤滑油の例としては、油脂、合成油、鉱油
等を基油とし、極圧添加剤として硫黄化合物、リ
ン化合物、塩素化合物等を用いるものがある。金
属石鹸以外の固体潤滑剤の例として、２硫化モリ
ブデン、２硫化タングステン、フツ素樹脂、グラ
フアイト、ワツクス等の粉末又は溶媒分散液があ
る。又固体潤滑剤の基材表面に対する密着性を向
上させるために、樹脂を配合する場合もある。処理される鉄又はその合金としては、例えば、
炭素鋼やSCM系、SNC系、SCr系、SM系、
SMC系、ボロン鋼などが挙げられ、リン酸塩処
理により、その表面にリン酸塩皮膜が生成するも
のである。次に本発明についていくつかの実施例を挙げ、
比較例と対比して説明する。実施例１〜３ S30Cの電縫鋼管を酸洗、水洗し、表１のリン
酸塩処理液で夫々処理し、次いで石鹸潤滑剤パル
ーブ−235（商品名、日本パーカライジング(株)社
製）、70ｇ／、75℃５分間浸漬し、乾燥後、抽
伸機により表２の条件で引抜加工を行つた。その
結果は表３、表４に示す通りであつた。

【表】

【表】前記表３、４から明らかなように実施例１〜３
は充分な皮膜重量が得られ、その皮膜重量に対す
るリン酸亜鉛カルシウム系皮膜成分が多く、且つ
金属石鹸量もバランス良く多くなつており、引抜
加工の結果、ダイス及びプラグにおけるパイプの
焼付発生がなく、潤滑性は良好であつた。実施例４〜７Ｓ−45Cの線材（10φ×100mm）を酸洗、水洗
し、表５のリン酸塩処理液で夫々処理し、次いで
水洗してから石鹸潤滑剤パルーブ235（商品名、日
本パーカライジング(株)社製）、70ｇ／、75℃で
５分間浸漬し、乾燥後バウデン式摩擦摩耗試験機
（EFM−４、東洋ボールドウイン社製）で、表６
の条件により焼付（摩擦係数0.2以上）までの摺
動回数を測定した。その結果は表７、表８に示す
通りであつた。

【表】

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る冷間加工潤
滑処理方法は、処理液の各成分濃度と、亜鉛イオ
ンとカルシウムイオンとの重量比を特定し、更に
ポリアミノカルボン酸イオンを添加することによ
り、鉄鋼材の冷間加工における苛酷条件に充分耐
え得るだけの潤滑性を付与することができ、それ
によつて冷間加工工具の使用寿命も著しく延長さ
せることができるという優れた効果を奏する。

Claims

【特許請求の範囲】１鉄鋼材を冷間加工する際、予めカルシウムイ
オン0.5〜3.5％、亜鉛イオン0.3〜2.5％、リン酸
イオン0.5〜5.0％、硝酸イオン0.5〜8.0％、亜硝
酸イオン0.0005〜0.05％、ポリアミノカルボン酸
イオン0.01〜0.4％の範囲の濃度で且つ亜鉛イオ
ンに対するカルシウムイオンの重量比がCa／Zn
＝0.7〜4.0のリン酸塩処理液により処理し、次い
で潤滑剤処理を施すことを特徴とする鉄鋼材の冷
間加工潤滑処理方法。２リン酸塩処理液に、ニツケル、銅、コバルト
の１種又は２種以上のイオンが全体量で0.01〜
0.4％含まれる前記１項記載の鉄鋼材の冷間加工
潤滑処理方法。