JPH08165489A

JPH08165489A - 熱間加工用潤滑剤組成物

Info

Publication number: JPH08165489A
Application number: JP30869994A
Authority: JP
Inventors: Sumio Iida; 純生飯田; Tetsuya Nakanishi; 哲也中西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 1996-06-25
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JP2910592B2

Abstract

(57)【要約】【目的】マンドレルミルでのステンレス鋼または合金鋼
圧延時に用いて、内面疵の発生を防止できる熱間加工用
潤滑剤組成物の提供。【構成】黒鉛：５〜３５重量部、水分散型または水溶性
の高分子：５〜２０重量部、硼酸：３〜１５重量部、マ
イカ：３〜３５重量部、および水：１５〜８６重量部を
含む熱間加工用潤滑剤組成物。黒鉛、水分散型の高分子
およびマイカは、いずれもその平均粒径が４０μｍ以
下、かつ純度が８１％以上とするのが望ましい。【効果】工具（マンドレルバー）と被加工材（ホローシ
ェル）間の摩擦係数を軽減でき、かつ両者の融着を効果
的に防止できるので、内面疵等の欠陥発生を低減できて
歩留まり向上等が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間加工用潤滑剤組成
物に係わり、より詳しくは、継目無鋼管の製造に際して
用いられる管連続圧延機であるマンドレルミルによって
ステンレス鋼あるいは合金鋼を圧延するのに用いた場合
に、内面規制工具であるマンドレルバーと管素材との摩
擦係数を軽減させ得て相互の融着による鋼管内面の疵発
生を効果的に防止できる熱間加工用潤滑剤組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マンネスマン−マンドレルミル方式によ
る継目無鋼管の製造は、例えば回転炉床式の加熱炉で加
熱された丸鋼片を穿孔圧延機で穿孔圧延して中空のホロ
ーシェルに成形し、このホローシェル内に潤滑剤を外表
面に塗布したマンドレルバーを串刺し状に挿入して７〜
９スタンドからなるマンドレルミルで延伸圧延して所定
寸法の仕上げ圧延用素管に１パスで成形し、このマンド
レルミルでの圧延後の仕上げ圧延用素管からマンドレル
バーを引き抜いた後、形状の悪い管端部分をホットソー
等で切断してから仕上げ圧延用素管を再加熱炉に装入し
て所定の温度に再加熱し、再加熱された仕上げ圧延用素
管の表面に生成した酸化スケールを高圧水噴射等の適宜
な手段によってデスケーリングした後、ストレッチレデ
ューサーによって外径圧下と若干の肉厚圧下を伴う仕上
げ圧延を施して所定の製品寸法に仕上げられる。その
後、所定の製品寸法に仕上げ圧延された管は冷却床で冷
却されて後、コールドソー等によって所定の製品長さに
切断されて精整ラインに送られる。

【０００３】上記マンネスマン−マンドレルミル方式に
よる継目無鋼管の製造においてホローシェルをマンドレ
ルミルで延伸圧延するに際し、上記マンドレルバーは、
通常、１１００〜１２００℃のホローシェル内に挿入さ
れ、焼付き易い状態に曝されるので、その外表面に潤滑
剤が塗布され、この塗布された潤滑剤がマンドレルバー
とホローシェルとの相互融着を防止する保護皮膜として
作用する。

【０００４】また、ホローシェルのマンドレルミルによ
る圧延過程における外径形状と肉厚は、各スタンドのロ
ール回転数とロール孔型形状の影響を受けるとともに、
マンドレルバーとホローシェルとの摩擦変化の影響を受
ける。

【０００５】ここで、マンドレルバーに塗布する潤滑剤
として摩擦係数の小さな潤滑剤を使用すると、ホローシ
ェルの円周方向および長手方向に均一な変形が生じ、安
定した外径形状と肉厚分布が得られる。

【０００６】さらに、マンドレルバーは、マンドレルミ
ル圧延後にバーストリッパを用いて延伸圧延された仕上
げ圧延用素管から引き抜かれるが、この時、マンドレル
バー外表面に塗布した潤滑剤の潤滑性が悪い場合には、
管材料とマンドレルバーが焼付き、マンドレルバーが引
き抜けない状態となり作業性を損なう。

【０００７】特に、ＪＩＳ規格に規定されるＳＵＳ３０
４系、同３１６系、同３４７系、同４１０系および同４
３０系等のステンレス鋼またはＳＴＢＡ２５、同２６等
の合金鋼製の継目無鋼管をマンネスマン−マンドレルミ
ル方式によって製造する場合には、炭素鋼等の普通鋼製
の継目無鋼管を製造する場合に比べ、材料の塑性変形能
が悪いために圧延荷重および摩擦係数が高くなるので、
マンドレルバーと材料とが焼き付き、これが原因で表面
疵が多発する場合がある。

【０００８】このような表面疵が発生した場合、それが
軽度であってもステンレス鋼または合金鋼の管製品は、
一般に、表面の美麗なことが強く要求されるため、製品
の用途によってはそのままでは製品として出荷すること
が不可能で、表面研磨等を施して手直しをする等の後精
整処理が必要になる。また、表面疵が深い場合は、不良
品となって歩留まり低下の原因となる。

【０００９】一般に、熱間加工においては、工具表面と
被加工材料表面に酸化スケールが生成存在しており、こ
の酸化スケールからなる酸化鉄皮膜、特に緻密で比較的
硬度の低いＦｅＯやＦｅ₃０₄からなる皮膜が存在して
いる場合には潤滑性に良好な影響を与えることがよく知
られている。

【００１０】しかし、ステンレス鋼や合金鋼は、炭素鋼
等の普通鋼とは異なり酸化スケールが生成し難く、ほと
んど生成しないか、生成しても極めて少ないのみなら
ず、高強度、高靭性等の機械的性質を有するので、使用
する工具もこれに見合ったＪＩＳ−ＳＫＤ６１等のＣｏ
−Ｍｏ系やＣｒ−Ｍｏ−Ｖ系の耐熱性の低合金を使用す
る必要があり、工具自体の酸化スケールの生成度合も少
ないため、普通鋼の加工に比べて過酷な加工になる。

【００１１】ところで、マンネスマン−マンドレルミル
方式によって継目無鋼管を製造するに際し、マンドレル
バーと管材料との摩擦係数を軽減させる潤滑剤として
は、油性潤滑剤、水溶性潤滑剤および固体潤滑剤の３種
類があるが、一般的に、黒鉛と樹脂を主剤とした水分散
系の潤滑剤が多く使用されている。これらの潤滑剤は、
炭素鋼等の普通鋼の製管では十分満足し得るものの、ス
テンレス鋼や合金鋼の製管に適用するには不十分であ
り、マンドレルバーと管素材との焼付きによる疵を十分
に防止することができず、時には製管自体が焼き付きに
よってストップすることがある。

【００１２】ステンレス鋼の熱間圧延用潤滑剤として
は、酸化鉄粉末と高分子化合物とを混合したもの（特開
昭６２−８９３１０号公報）、黒鉛粉末に分散材と増粘
剤と無機質結合剤組成物を分散混合したもの（特開昭５
８−１３６９６号公報）、フッ素カリウムマイカ、フッ
素ナトリウム四珪素マイカまたはフッ素金マイカ等の合
成マイカあるいは天然マイカと酸化硼素とを混合したも
の（特開昭６４−１６８９４号公報）等が提案されてい
る。

【００１３】しかし、上記の特開昭６２−８９３１０号
公報に提案された潤滑剤は熱間板圧延用に関するもので
あり、特開昭５８−１３６９６号公報および特開昭６４
−１６８９４号公報に提案された潤滑剤は熱間継目無鋼
管圧延用であるが、これらの潤滑剤はいずれもステンレ
ス鋼または合金鋼の熱間圧延用、特にマンドレルミルに
よってステンレス鋼製または合金鋼製のホローシェルを
連続延伸圧延するのに用いた場合、その潤滑性が不十分
であるという欠点を有している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の実状に鑑みなされたもので、ステンレス鋼または合金
鋼の熱間圧延用、特にステンレス鋼製または合金鋼製の
ホローシェルをマンドレルミルによって連続延伸圧延す
る場合に用いた場合、マンドレルバーとホローシェルと
の間の摩擦係数を軽減し得、両者の融着によって生じる
内面疵の発生を防止できる熱間加工用潤滑剤組成物を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、次に記載の熱
間潤滑剤組成物を要旨とする。

【００１６】黒鉛：５〜３５重量部、水分散型または水
溶性の高分子：５〜２０重量部、硼酸：３〜１５重量
部、マイカ：３〜３５重量部、および水：１５〜８６重
量部を含む熱間加工用潤滑剤組成物。

【００１７】上記本発明の熱間加工用潤滑剤組成物は、
黒鉛、水分散型の高分子およびマイカが、いずれもその
平均粒径が４０μｍ以下、かつ純度が８１％以上である
ことが望ましい。

【００１８】本発明者等は、ステンレス鋼製または合金
鋼製の継目無鋼管をマンネスマン−マンドレルミル方式
によって製造する際のマンドレルミルによる連続延伸圧
延時において、従来の黒鉛を主成分とする潤滑剤を用い
た場合、内面疵の発生を十分に抑制できないのは、前述
したように、炭素鋼等の普通鋼を対象とした熱間加工で
は、被加工材の表面に容易に発生する酸化スケールが潤
滑の役目を果たすが、ステンレス鋼または合金鋼が加工
対象である場合には、被加工材表面の上記酸化スケール
の生成量が少ないか、あるいはほとんど生成しないた
め、その潤滑効果を全く期待することができないことに
注目し、この酸化スケールに代わって、またはそれ以上
の潤滑効果をもたらす物質を見いだすべく、種々実験研
究を行った結果、所定量の硼酸と所定量のマイカとを複
合して混合すると、顕著な潤滑効果が得られることを知
見し、本発明をなした。

【００１９】

【作用】本発明の熱間加工用潤滑剤組成物において、そ
の基剤として使用する物質は黒鉛であり、天然品または
合成品のいずれであっても良いが、その含有量が５重量
部未満では摩擦係数が高くなって圧延時の圧延荷重が高
くなる。一方、３５重量部を超えると他の成分の混合割
合が少なくなって結果としてステンレス鋼または合金鋼
等の圧延する際に内面筋疵等が発生する。従って、黒鉛
の含有量は５〜３５重量部と定めた。好ましくは、１０
〜３０重量部である。

【００２０】なお、黒鉛は、純度が８１％以上で、かつ
平均粒径が４０μｍ以下のものを用いるが好ましい。こ
れは、純度が８１％未満では夾雑物として存在している
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やシリカ（ＳｉＯ₂）等の無機
物を主体とする不純物によってその潤滑性が阻害される
ためである。また、平均粒径が４０μｍ以上では分散性
が悪くなり、その使用時におけるマンドレルバー等の工
具およびホローシェル等の被加工材の被潤滑表面に対す
る供給性および貯蔵時の分散安定性が劣るようになるた
めである。

【００２１】水分散型または水溶性の高分子は、基剤で
ある黒鉛および後述のマイカ等その他の固形成分を水に
混ぜたときの分散安定性を確保するとともに、使用時に
おける供給性、マンドレルバー等の工具およびホローシ
ェル等の被加工材の被潤滑表面に対する均一展着性を確
保し、かつ補助的潤滑性を付与するために含有させる
が、その含有量が５重量部未満では貯蔵安定性、スプレ
ーやその他の方法によってマンドレルバー等の工具表面
に塗布する際の展着性が劣化する。一方、２０重量部を
超えると粘度が高くなり過ぎて取扱いが困難となる他、
他の成分の含有量が少なくなって問題となる。従って、
水分散型または水溶性の高分子の含有量は５〜２０重量
部と定めた。

【００２２】水分散型の高分子としては、酢酸ビニルや
エチレン酢酸ビニルのようなビニルエステル類の重合体
および共重合体、アクリル酸もしくはそのエステル類の
重合体および共重合体、エチレンやブタジエン等のオレ
フィン類の重合体および共重合体、不飽和ジカルボン酸
エステルの重合体および共重合体等をあげることがで
き、また水溶性の高分子としては、メチルセルロースや
カルボキシルメチルセルロース、あるいはポリサッカラ
イドやアルギネート等の多糖類があげられる。

【００２３】なお、上記高分子のうち、水分散型の高分
子は、平均粒径が４０μｍ以下のものを用いるのが好ま
しい。これは、平均粒径が４０μｍを超えて大きくなる
と、分散性が阻害されるとともに、使用時における被潤
滑面への供給性が劣るようになるためである。

【００２４】硼酸は、本発明の潤滑剤組成物の１０００
℃近傍の高温状態下における潤滑性を確保するために含
有させる。すなわち、本発明の潤滑剤組成物中に含有さ
せた硼酸は、最終的に酸化硼素の状態となるが、その酸
化硼素の融点は４５０℃以上であるので１０００℃近傍
の高温下では液体化しており、この液体化した酸化硼酸
が潤滑剤の基剤である黒鉛を包み込んで高温時の黒鉛の
酸化消失を防止するとともに、本発明の潤滑剤組成物を
構成する後述のマイカの固形物成分をも包み込み、これ
ら固体成分をマンドレルバー等の工具およびホローシェ
ル等の被加工材の被潤滑表面に対して円滑に供給し、総
合的な潤滑効果を向上させ、さらに液体化した酸化硼酸
自体も液体潤滑として作用する。しかし、その含有量が
３重量部未満では高温状態下での潤滑性向上効果が得ら
れない。一方、１５重量部を超えると摩擦係数が高くな
り過ぎて潤滑性が劣化する。従って、硼酸の含有量は３
〜１５重量部と定めた。好ましくは、３〜１０重量部で
ある。

【００２５】ここで、硼酸としては、正硼酸（Ｈ₃ＢＯ
₃）、メタ硼酸（ＨＢＯ₂）およびピロ硼酸（Ｈ₂Ｂ₄
Ｏ₇）等を例示することができる。

【００２６】なお、硼酸は、純度が８１％以上のものを
用いるの好ましい。これは、純度が８１％未満ではアル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やシリカ（ＳｉＯ₂）等の夾雑物に
よって潤滑性が阻害されるからである。また、硼酸は、
アルカノールアミンで中和して水溶化された硼酸アミン
塩を用いいるのが好ましく、この場合には水溶液として
マンドレルバー等の工具の被潤滑表面に対して容易に塗
布することができる。

【００２７】マイカは、１０００℃近傍の高温状態下に
おける潤滑性を向上させるために含有させる。すなわ
ち、マイカは、上記の黒鉛および硼酸と同様に、マンド
レルバー等の工具とホローシェル等の被加工材との潤滑
効果を高めるが、黒鉛が摩擦係数を軽減させ、硼酸が黒
鉛の酸化消失を防止して潤滑性能の持続性を向上させる
のに対し、特にマイカは、マンドレルバー等の工具とホ
ローシェル等の被加工材とが融着するのを防止し、両者
の分離を円滑化して内面疵が発生するのを防止する作用
を有しているので、これらのうち１種または２種以上を
含有させる。

【００２８】しかし、その含有量が３重量部未満では工
具と被加工材との融着防止効果が得られない。一方、３
５重量部を超えると摩擦係数が高くなり過ぎて潤滑性が
劣化する。従って、マイカの含有量は３〜３５重量部と
定めた。

【００２９】なお、マイカは大別して天然マイカと合成
マイカに分けられる。そして、合成マイカと天然マイカ
の違いは、例えば次に示すように、天然マイカの結晶中
の結晶水（ＯＨ）をフッ素（Ｆ）に置換したものが一般
的であり、この合成マイカの方が天然マイカに比べて分
解温度が高く、使用時の高温においてより安定であるこ
とから、本発明では合成マイカを用いるのが望ましく、
これら合成マイカとしては、フッ素カリウムマイカ、フ
ッ素ナトリウム四珪素マイカ、フッ素金マイカ等を例示
することができる。

【００３０】天然マイカ：ＫＭｇ₃（ＡｌＳｉ₃Ｏ₁₀）（ＯＨ）合成マイカ：ＫＭｇ₃（ＡｌＳｉ₃Ｏ₁₀）（Ｆ）なお、マイカは、平均粒径が４０μｍ以下、純度が８１
％以上のものを用いるのが好ましい。これは、平均粒径
が４０μｍを超えると分散性が悪くなり、その使用時に
おける被潤滑面への供給性が悪くなるためである。ま
た、純度が８１％未満では夾雑物として存在しているア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やシリカ（ＳｉＯ₂）等の無機物
を主体とする不純物によってその潤滑性が阻害されるよ
うになるためである。

【００３１】水は、潤滑剤を工具等の被潤滑材表面に均
一に塗布するために含有させる。しかし、その含有量が
１５重量部未満では、粘度が高過ぎて取扱いが困難とな
る。

【００３２】一方、８６重量部を超えると分散安定性が
悪くなってスプレーその他の方法での塗布時に工具表面
に対する展着性が劣化する。従って、水の含有量は１５
〜８４重量部と定めた。

【００３３】上記本発明の潤滑剤組成物中には、一般に
市販され、かかる水分散型潤滑剤に多用されるナフタレ
ンスルホン酸・ホルムアルデヒド縮合物、ポリオキシエ
チレンノニルフェニルエーテル等の非イオン界面活性
剤、ジアルキルスルホコハク酸エステルの塩等のアニオ
ン界面活性剤、カルボキシメチルセルロース等の多糖類
等の分散剤、ジメチルシロキサン等のシリコーン系の消
泡剤、１，２−ベンゾイソチアゾリン−３−オン等のチ
アゾリン系、ヘキサヒドロ−１，３，５−トリス（２−
ヒドロキシエチル）−Ｓ−トリアジン等のトリアジン
系、２−ピリジンチオール−１−オキシドナトリウム等
のピリジン系等の防腐剤を、必要に応じて、それぞれ
０．１〜５．０重量部、０．０１〜１．０重量部、０．
０１〜２．０重量部の範囲で添加することができ、分散
剤を添加する場合には黒鉛、マイカの分散性および沈降
安定性を、消泡剤を添加する場合には液の泡立ち防止性
を、防腐剤を添加する場合には液の腐敗防止性を、それ
ぞれ向上させることができる。

【００３４】そして、上記の成分組成からなる本願発明
の潤滑剤組成物は、例えば、ステンレス鋼製または合金
鋼製のホローシェルをマンドレルミルで延伸圧延するに
際してホローシェル内に挿入使用されるマンドレルバー
の外表面にスプレーまたはその他適宜な方法によって塗
布乾燥させた後、熱間圧延に供される。

【００３５】

【実施例】平均粒径２５μｍの鱗状天然黒鉛と、メタア
クリル酸アルキルエステル、アクリル酸アルキルエステ
ルまたはアクリル酸共重合物のいずれかと、硼酸アミン
塩と、平均粒径３０μｍのフッ素カリウム四珪素マイ
カ、フッ素ナトリウム四珪素マイカまたはフッ素金マイ
カのいずれかと、分散剤としてのヒドロキシアルキルセ
ルロースと、防腐剤と、消泡剤と、水とを、表１に示す
配合比で混合した本発明の水分散型潤滑剤組成物（No.
１〜８）を準備した。

【００３６】また、比較のため、平均粒径２５μｍの鱗
状天然黒鉛と、酢酸ビニル重合体、メタアクリル酸アル
キルエステル、アクリル酸アルキルエステルまたはアク
リル酸共重合物のいずれかと、硼酸アミン塩と、平均粒
径３０μｍのフッ素カリウム四珪素マイカと、分散剤と
してのヒドロキシアルキルセルロースと、防腐剤と、消
泡剤と、水とを、表１に示す配合比で混合した比較例の
水分散型潤滑剤組成物（No. ９〜１６）も準備した。

【００３７】

【表１】

【００３８】これらの潤滑剤組成物を、室温で所定寸法
のマンドレルバー表面に刷毛を用いて膜厚約１００μｍ
に塗布した後、室温下で乾燥させたマンドレルバーを使
用し、マンネスマン−マンドレルミル方式による継目無
鋼管の製造工程において、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０
４）製の外径１８１．０ｍｍ、肉厚１６．０ｍｍ、長さ
７０００ｍｍで、温度が１１００℃のホローシェルを７
スタンドからなるマンドレルミルお用いて外径１５１．
０ｍｍ、肉厚５．０ｍｍ、長さ２５３００ｍｍの仕上げ
圧延用素管に圧延した。そして、各潤滑剤組成物でのマ
ンドレルミル圧延時の摩擦係数と圧延後の内面疵の発生
有無を目視により観察して評価した。その結果を表１に
併記した。

【００３９】なお、黒鉛と、水分散型高分子と、フッ素
カリウムマイカ、フッ素ナトリウム四珪素マイカまたは
フッ素金マイカのいずれかとを混合するに際し、いずれ
かの平均粒径が４０μｍより大きい場合は、混合する際
に沈殿が生じ、マンドレルバーへの塗布が不可能であっ
た。

【００４０】また、水の配合比が１５重量部より少ない
場合は、粘度が高いため混合することが困難であった。
さらに、他の成分の配合比にかかわらず、水分散型また
は水溶性の高分子の配合比が５重量部より少ない場合
と、水の配合比が８６重量部より多い場合には、潤滑剤
組成物をマンドレルバーに塗布する際の展着性が不十分
なため塗布が不可能であった。

【００４１】摩擦係数は、マンドレルミル圧延中、全ス
タンドに荷重がかかった定常状態（合計荷重ΣＰｉ）で
マンドレルバーに働くスラスト力Ｆとの比を記録チャー
トより読みとり、摩擦係数＝Ｆ／ΣＰｉにより求めた。
また、内面疵の発生有無の評価は、内面疵の発生がほと
んど無い場合を○印で、内面疵が部分的に発生した場合
を△印で、内面疵が大量に発生した場合を×印で示し
た。

【００４２】表１に示す結果から明らかなように、本発
明例（No. １〜８）の潤滑剤組成物を用いた場合には、
いずれも内面疵の発生が全くないか、あるいはわずかに
発生するに留まっている。

【００４３】これに対し、比較例（No. ９〜１６）の潤
滑剤組成物を用いた場合には、No.５を除いていずれも
内面疵が部分的あるいは大量に発生している。なお、N
o. ５の場合、内面疵の発生は少ないものの摩擦係数が
大きいため、圧延後の管に肉厚方向に貫通する穴明き欠
陥が生じる等の圧延不安定現象が起きる恐れがある。

【００４４】

【発明の効果】本発明の熱間加工用潤滑剤組成物は、マ
ンネスマン−マンドレルミル方式のマンドレルミルによ
るステンレス鋼製または合金鋼製の継目無鋼管の延伸圧
延時に生じる摩擦係数を低減し、かつ工具と被加工材と
の融着を効果的に防止でき、穴明き欠陥および内面疵の
発生率を低減できて歩留まりの向上が図れる他、従来設
備を用いての圧延が可能で設備を新設する必要がなく経
済的に大きな効果を奏する。

【００４５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｎ 40:24 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】黒鉛：５〜３５重量部、水分散型または水
溶性の高分子：５〜２０重量部、硼酸：３〜１５重量
部、マイカ：３〜３５重量部、および水：１５〜８６重
量部を含む熱間加工用潤滑剤組成物。
【請求項２】黒鉛、水分散型の高分子およびマイカは、
いずれもその平均粒径が４０μｍ以下、かつ純度が８１
％以上である請求項１に記載の熱間加工用潤滑剤組成
物。