JPH0841474A - 熱間塑性加工用潤滑剤及び加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Crメッキを施したマンドレルバーによるステ
ンレス鋼製中空素管のマンドレルミル圧延において、焼
付きと深い製品内面疵の発生を防止できる熱間塑性加工
用潤滑剤と熱間塑性加工方法。 【構成】 アルカリ金属炭酸塩30〜80重量％、アルカリ
金属脂肪酸塩10〜30重量％、黒鉛０〜50重量％からなる
潤滑剤。この潤滑剤を、加工温度に加熱された高温の中
空素管の内面に吹込んでから、常法により黒鉛−樹脂系
固体潤滑皮膜を表面に形成したマンドレルバーを挿入し
て、熱間圧延を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延、熱間鍛造と
いった金属、特に鋼材の熱間塑性加工に使用するための
熱間塑性加工用潤滑剤とこれを用いた熱間塑性加工方法
とに関する。より詳しくは、本発明の潤滑剤は、熱間塑
性加工前の高温の被加工材の表面に付着させて使用する
のに適しており、特に継目無管の製管過程において、延
伸圧延（マンドレルミル圧延、アッセルミル圧延、プラ
グミル圧延、ピルガーミル圧延など）の前に、被加工材
である高温の中空素管の内面に付着させて用いるのに適
している。

【０００２】

【従来の技術】例えば、マンドレルミル圧延による継目
無管の製管過程を図１を参照しながら説明すると、被加
工材である中空素管 (ホローシェルともいう) は、原料
の丸鋼片を加熱炉で加熱した後、ピアサーにより熱間で
穿孔することにより作製される。マンドレルミル圧延工
程では、ピアサーから出た高温 (通常は、内面温度で 9
00〜1200℃) の中空素管の内部にマンドレルバーを挿入
し、このバーを挿入したまま、一対の孔型形状の２ロー
ルを１台毎に90度円周方向にずらしてタンデムに７〜８
台配置してあるマンドレルミルで圧延して、肉厚管を得
る。その後、この肉厚管を通常は再加熱炉で再加熱した
後、ストレッチレデューサで延伸して外径圧下と多少の
減肉を行い、冷却すると所定寸法の継目無管が完成す
る。

【０００３】中空素管が延伸圧延されるとき、中空素管
の内表面とマンドレルバーの外表面との間 (加工界面)
に相対すべりが生じる。この相対すべりが円滑に進行す
るように、加工界面に良好な潤滑状態を確保すること
が、この圧延にとって重要である。そのため、この界面
に潤滑剤を適用して、低い安定な摩擦係数を確保し、中
空素管とマンドレルバーとの焼付きを防止して、良好な
製品の内面品質および寸法精度を得ることが行われてい
る。

【０００４】このような潤滑方法として従来より採用さ
れているのは、黒鉛および樹脂系有機バインダーを主成
分とする水分散型潤滑剤を、中空素管に挿入する前のマ
ンドレルバーの表面に塗布し、乾燥させて、乾燥固体潤
滑皮膜を形成する方法である。即ち、この方法は、工具
(マンドレルバー) に潤滑剤を固体潤滑皮膜として形成
する潤滑方法 (以下、Ａ法という) である。このＡ法に
用いる潤滑剤について、添加剤の配合により高温潤滑性
能を改善する試みもなされている (例、特開昭61−2797
号公報) 。ステンレス鋼などのマンドレルバーと焼付き
やすい被加工材から継目無管を製管する場合にも、潤滑
剤の成分を変更することで対処して、耐焼付き性を向上
させることができる。

【０００５】上記のＡ法のみでは潤滑が不十分な場合の
潤滑性の一層の向上を目的として、或いは中空素管内面
の酸化スケールの除去を目的として、被加工材の加工面
である、加熱された高温の中空素管の内面に潤滑剤また
は脱スケール剤を適用することも知られている。この方
法による潤滑は、高温の被加工材の加工表面に潤滑剤を
付着させ、被加工材の熱により潤滑剤を溶融させて流体
潤滑皮膜を形成する潤滑方法 (以下、Ｂ法という) であ
る。

【０００６】例えば、特開昭46−30581 号公報には、熱
間加工温度よりも低い融点を持つ脱スケール剤 (例、食
塩、硼砂、リン酸塩、これらと炭素との混合物など) を
高温の中空素管の中空内に散布し、素管を回転させて溶
融した脱スケール剤を素管内面に被覆することが記載さ
れている。

【０００７】特開昭61−37987 号、特開平１−278903号
各公報には、上記のＡ法に併用して、マンドレルバー挿
入前の高温の中空素管内面に空気、不活性ガスなどをキ
ャリアガスとして潤滑剤や脱スケール剤を吹込むことが
記載されている。この方法に用いる潤滑剤／酸洗い剤
(脱スケール剤) として、特開昭61−37989 号には、硼
酸系化合物 (硼砂など) と固体潤滑剤 (黒鉛など) とを
主成分とし、必要に応じて各種の無機および有機化合物
を添加した組成物が記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らの経験によ
ると、マンドレルミル圧延において、被加工材が炭素鋼
であり、かつマンドレルバーが熱間工具鋼SKD6で、その
表面がスケール肌である場合には、Ａ法のみで潤滑は十
分であり、Ｂ法の併用は必ずしも必要ない。しかし、被
加工材が炭素鋼であっても、マンドレルバーがその寿命
向上のために表面にCrメッキが施されている場合には、
Ａ法の補助潤滑としてＢ法を併用する必要がある。

【０００９】これに対し、被加工材が焼付きの起こり易
いステンレス鋼であって、マンドレルバー表面がスケー
ル肌であるか、特にCrメッキなどのメッキが施されてい
る場合には、Ａ法とＢ法を併用してもなおも潤滑が不十
分で、焼付きにより製品品質に問題が生じることが多
い。

【００１０】試みに、表面にCrメッキを厚さ約50μｍに
均一に施したマンドレルバーに上記Ａ法に従って固体潤
滑皮膜を形成してから、被加工材のステンレス鋼 (SUS3
04)製の中空素管のマンドレルミル圧延を実施したとこ
ろ、製品 (継目無管) の内面に深さ0.5 mm以上の内面疵
が発生すると共に、マンドレルバー表面のCrメッキ部が
鋭くえぐられ、ステンレス鋼成分が凝着した焼付き疵が
発生した。

【００１１】一方、圧延前の高温の中空素管の内面に、
Ｂ法に従って上記特開昭61−37989号公報に記載の硼砂
と黒鉛を主成分とする組成物を散布し、溶融させて流体
潤滑皮膜を形成してから、上と同じ条件でマンドレルミ
ル圧延した場合 (即ち、Ａ法とＢ法の併用) には、圧延
後の製品の内面疵は深さ0.3 〜0.2 mm程度といくらかは
軽減されたが、潤滑性はなお不十分でありマンドレルバ
ー表面の損傷も発生した。

【００１２】本発明の目的は、上記のＢ法に適した熱間
塑性加工用潤滑剤とそれを用いた熱間塑性加工方法とを
提供することである。より具体的には、被加工材が焼付
きの起こり易いステンレス鋼であり、かつ工具も高度の
潤滑を必要とするメッキ工具、特にCrメッキ工具であっ
ても、高温の被加工材に適用することにより両者の界面
間の摩擦係数を著しく低減させることができ、Ａ法と併
用することによって、継目無管の延伸圧延のような苛酷
な状況下の熱間塑性加工においても、焼付きを防いで表
面疵が抑制された高品質の製品を得ることができる潤滑
剤とそれを用いた熱間塑性加工方法とを提供することで
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成できる潤
滑剤として、本発明により、(a) アルカリ金属炭酸塩お
よびアルカリ金属カルボン酸塩から選ばれた１種もしく
は２種以上のアルカリ金属塩10〜100 重量％と、(b) 黒
鉛０〜90重量％とからなることを特徴とする熱間塑性加
工用潤滑剤が提供される。

【００１４】本発明の潤滑剤の組成は、アルカリ金属塩
(a) が100 重量％ (即ち、黒鉛（ｂ）が０％）の場合を
含んでいる。換言すると、本発明の潤滑剤は、アルカリ
金属塩（ａ） のみからなるか、あるいはアルカリ金属
塩(a)10 重量％以上と黒鉛(b) 90重量％以下との混合物
からなる。

【００１５】この潤滑剤は、上記のＢ法に使用するのに
適している。即ち、この潤滑剤を所定の熱間塑性加工温
度に加熱された被加工材の加工表面に付着させた後、工
具を用いて熱間塑性加工する熱間塑性加工方法である。

【００１６】好適態様にあっては、工具は焼付きの起こ
り易い金属メッキを施した工具、特にCrメッキを施した
工具であり、被加工材は継目無管製管用の中空素管、特
にステンレス鋼製の中空素管である。即ち、本発明によ
れば、Crメッキを施した工具を用いてステンレス鋼材を
熱間塑性加工するという焼付きが起こり易い加工状況で
も、焼付きを防止して良好な製品品質を確保することが
できるのである。

【００１７】

【作用】以下、本発明の潤滑剤と熱間塑性加工方法につ
いて詳述するが、以下でも説明を簡略化するためにマン
ドレルミル圧延を例にとって説明することがある。本発
明の潤滑剤におけるアルカリ金属塩(a) は、(イ) アルカ
リ金属炭酸塩および／または(ロ) アルカリ金属カルボン
酸であり、これらの１種もしくは２種以上を使用でき
る。

【００１８】(イ) のアルカリ金属炭酸塩としては、炭酸
ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸
水素カリウム、セスキ炭酸ナトリウム等が挙げられる。
これらは融点が1200℃以下であるので、熱間塑性加工温
度に加熱されている被加工材と接触すると溶融し、熱分
解して酸化物になり、生成したアルカリ金属酸化物は被
加工材の表面に生成しているスケール (酸化鉄) と反応
するので、被加工材表面に対する付着性が高まる。その
結果、熱間塑性加工時には、安定して良好な流体潤滑剤
して機能する。例えば、炭酸ナトリウムは融点が852 ℃
であり、この温度で容易に熱分解し、酸化ナトリウムに
なって、酸化鉄と反応する。

【００１９】(ロ) のアルカリ金属カルボン酸塩の例は、
炭素数６〜30の飽和または不飽和脂肪酸のナトリウム塩
およびカリウム塩である。例えば、オクチル酸、ミリス
チン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リ
ノール酸、リシノール酸などのナトリウム塩およびカリ
ウム塩が挙げられる。また、タル油脂肪酸などの天然脂
肪酸のアルカリ金属塩 (例、炭素数６〜18の脂肪酸ナト
リウム塩の混合物) も使用できる。さらに、このような
脂肪族モノカルボン酸以外に、ナフテン酸などの脂環式
カルボン酸、ポリカルボン酸、および芳香族カルボン酸
のアルカリ金属塩も使用できる。

【００２０】このアルカリ金属カルボン酸塩は、比較的
容易に1000℃以下のより低温で溶融し、圧延時に比較的
低温での流体潤滑剤として機能する。また、高温の被加
工材表面への均一付着性もよい。従って、アルカリ金属
塩(a) として用いるアルカリ金属炭酸塩(イ) とアルカリ
金属カルボン酸塩(ロ) は、いずれも高温の被加工材表面
に接触すると溶融して、この被加工材表面に付着し、流
体潤滑剤として機能する。

【００２１】このアルカリ金属の炭酸塩(イ) とカルボン
酸塩(ロ) は、いずれか一方のみを用いることもできる
が、望ましくは、上述したそれぞれの特徴を発揮させる
ために、両者の混合物をアルカリ金属塩(a) として使用
することが好ましい。その場合の混合比は、炭酸塩：カ
ルボン酸塩の重量比で、１：２〜10：１、特に１：１〜
８：１と、炭酸塩(イ) を多めにする方が好ましい。カル
ボン酸塩は、沸点が比較的低いため、高温の被加工材表
面で蒸発により失われるので、これがあまりに多量にな
ると潤滑性が低下することがあるからである。

【００２２】この炭酸塩(イ) またはカルボン酸塩(ロ)
が、２価以上の金属との塩 (例、アルカリ土類金属炭酸
塩) では、融点が高いので、流体潤滑剤として機能させ
ることは困難である。例えば、炭酸カルシウムは、890
℃で熱分解により生石灰CaO になるが、その融点は2572
℃で、酸化鉄と反応する温度も1150℃付近であるので、
上述した炭酸ナトリウムのような作用を果たすことはで
きない。また、２価以上の金属のカルボン酸塩は金属石
鹸と呼ばれ、潤滑剤としても利用されてきたが、本発明
の熱間塑性加工条件下では化学的に不安定であり、安定
であっても、例えば被加工材とハンダ脆性を引き起こす
ステアリン酸鉛のように有害な低融点金属の化合物を含
む場合が多い。

【００２３】また、アルカリ金属の炭酸塩(イ) またはカ
ルボン酸塩(ロ) の代わりに、アルカリ金属酸化物を用い
てもよいが、コストが高く、化学的に不安定で、潤滑剤
としての保管上の管理面で問題がある。

【００２４】さらに、アルカリ金属塩が硼酸塩、例えば
硼砂である場合には、硼砂の融点は878 ℃で、被加工材
との反応性もよいのである程度の潤滑性は得られるもの
の、後で実施例に示すように、溶融液の粘度が比較的高
いため、マンドレルミル圧延では良好な製品品質が得ら
れない。

【００２５】本発明の潤滑剤は、前述した(イ) 炭酸塩お
よび／または(ロ) カルボン酸塩からなるアルカリ金属塩
(a) のみから構成することもできるが、これに黒鉛(b)
を配合すると、黒鉛の潤滑性により、少量の黒鉛の配合
で潤滑性能を高めることができる。黒鉛は天然黒鉛およ
び化学合成の人造黒鉛のいずれでもよい。しかし、黒鉛
は高温でも粉体のままであり、被加工材の表面 (スケー
ル) との反応性も有していないため、燃焼するだけであ
る。従って、溶融して被加工材表面に付着するアルカリ
金属塩(a) の助けがないと被加工材に付着しないため、
単独では使用できない。即ち、この付着には少なくとも
10重量％のアルカリ金属塩(a) が必要であるので、黒鉛
の割合は90重量％以下とする。黒鉛(b) を配合する場合
の好ましい配合量は70重量％以下、より好ましくは50重
量％以下である。

【００２６】本発明の潤滑剤の好ましい配合割合は、ア
ルカリ金属塩(a) のうちアルカリ金属炭酸塩(イ) が20〜
90重量％、アルカリ金属カルボン酸塩(ロ) が５〜40重量
％、黒鉛(b) が０〜70重量％である。より好ましくは、
(イ) が50〜80重量％、(ロ) が10〜30重量％、黒鉛(b) が
10〜50重量％と３成分全てが適量混合されたものであ
る。アルカリ金属炭酸塩(イ) が多すぎると、比較的低温
での被加工材表面への均一付着性が低下することがあ
る。一方、アルカリ金属カルボン酸塩(ロ) が多すぎる
と、前述のように蒸発による潤滑性の低下が起こること
がある。黒鉛が多すぎると、アルカリ金属塩(a) が少な
くなり、潤滑剤の被加工材表面への付着性が低下する。

【００２７】なお、各成分の純度 (特に天然黒鉛) は、
85重量％、好ましくは90重量％以上とする。また、各成
分の粉末粒度は特に制限されないが、吹込み機での吹込
みの均一性や、高温の被加工材との接触時の迅速な溶融
性を確保するには、平均粒径が500μｍ以下、好ましく
は100 μｍとすることが有利である。

【００２８】本発明の潤滑剤は、所定の熱間塑性加工温
度 (好ましくは 900〜1200℃) に加熱された被加工材
(例、継目無管のマンドレルミル圧延の例では、中空素
管) の加工表面に付着させて用いる。即ち、前述したＢ
法による潤滑方法である。工具(例、マンドレルバー)
の表面には、前述のＡ法に従って、黒鉛系の固体潤滑皮
膜を形成しておくことが好ましい。本発明の潤滑剤の付
着により被加工材表面に生成した流体潤滑皮膜があるた
め、工具表面に塗布された固体潤滑皮膜の消耗が抑制さ
れ、この皮膜を長時間有効に使用できる。即ち、本発明
の潤滑剤の使用により、潤滑性が改善されるだけでな
く、工具表面の潤滑皮膜の寿命を延長させるという効果
も得られる。

【００２９】被加工材の材質は特に制限されず、炭素
鋼、ステンレス鋼、Ni基合金など、各種の金属の熱間塑
性加工に適用できる。本発明の潤滑剤は苛酷な熱間塑性
加工条件下でも焼付きを防止できるので、焼付きが起こ
り易いステンレス鋼、特にオーステナイト系ステンレス
鋼に適用することが有利である。

【００３０】塑性加工用の工具は、表面状態によって潤
滑性が大きく異なり、スケール肌と窒化処理表面は摩擦
係数が低く、メッキ表面は摩擦係数が高い。従って、本
発明の潤滑剤は、Cr、Ni、Feなどの金属メッキを施した
工具、特にCrメッキを施した工具に適用すると、大きな
効果が得られる。その結果、例えば、Crメッキマンドレ
ルバーによるオーステナイト系ステンレス鋼製中空素管
のマンドレルミル圧延といった、従来法ではＡ法とＢ法
を併用しても焼付きや製品 (継目無管) の内面疵発生を
防ぐことができなかった熱間塑性加工条件でも、本発明
の潤滑方法をＡ法と併用することにより、焼付きを防止
して、良好な品質の製品を得ることが可能となる。

【００３１】本発明の粉末状潤滑剤を被加工材表面に付
着させる供給方法は特に制限されず、潤滑する加工面の
形態に応じて均一付着が可能な任意の方法を採用でき
る。例えば、被加工材が板材であるか、潤滑が必要な加
工面が管外面である場合には、単に潤滑剤を散布すれば
よい。しかし、例として説明した中空素管内面に潤滑剤
を均一付着させるには、キャリアガスを利用して粉末を
吹込む吹込み法により供給することが好ましい。キャリ
アガスとしては、空気も使用できるが、窒素、アルゴン
などの不活性ガスが好ましい。例えば、圧力４kg/cm²程
度の窒素ガスをキャリアガスとして、中空素管の端面よ
り内部に50 mm 程度挿入した吹込みノズルから潤滑剤を
約 300〜400 ｇ吹込むといった方法で、均一に潤滑剤を
中空素管の内面に付着させることができる。本発明の潤
滑剤の供給量は、状況に応じても異なるが、通常は５〜
200 g/m²、好ましくは 100〜150 g/m²の範囲内である。

【００３２】なお、以上には継目無管の製管、特にマン
ドレルミル圧延を例にとって説明したが、本発明の潤滑
剤および熱間塑性加工方法は、他の熱間圧延、熱間鍛造
を含む熱間塑性加工一般に適用できる。

【００３３】

【実施例】

【００３４】

【実施例１】下記成分の１種もしくは２種以上の粉末か
らなる多数の潤滑剤を調製した。

【００３５】使用粉末成分 (a) アルカリ金属塩 (イ) アルカリ金属炭酸塩： 炭酸ナトリウム(Na₂CO₃) (平均粒径50μm) 炭酸カリウム(K₂CO₃)(平均粒径60μm) (ロ) アルカリ金属カルボン酸塩： 脂肪酸ナトリウム (炭素数６〜18の混合脂肪酸Na塩)(平
均粒径20μm) 脂肪酸カリウム (炭素数６〜18の混合脂肪酸Ｋ塩)(平均
粒径30μm) (ハ) その他： 硼砂(Na₂B₄O₇・10H₂O) (平均粒径40μm) 炭酸カルシウム(CaCO₃)(平均粒径50μm) (b) 黒鉛： 天然黒鉛 (純度85重量％)(平均粒径40μm) 人造黒鉛 (純度99重量％)(平均粒径10μm) 得られた潤滑剤の潤滑性能を、リング圧縮試験により調
査した。

【００３６】リング圧縮試験は鍛造などに用いられる潤
滑剤の性能の手軽な評価法として一般に用いられている
方法である。図２にリング圧縮試験の概念図を示す。図
示のリング (本実施例では、外径24 mm ×内径6.0 mm×
厚さ4.0 mm) を被加工材とし、ダイスを工具としてリン
グの厚み方向に、圧縮率を変化させて圧縮加工する。こ
の圧縮加工後のリング内径の寸法変化率と圧縮率との関
係を、図３に示す線図にあてはめて摩擦係数を求める。
この圧縮試験の際に、焼付き状況を目視で直接観察する
こともできる。

【００３７】本実施例では、各潤滑剤を被加工材 (リン
グ) の上面に散布した (散布量50ｇ) 後、この被加工材
を電気炉で均熱加熱 (1000℃×10分間) し、溶融した潤
滑剤が付着した高温の被加工材を直ちに上記の圧縮試験
に供した。なお、工具には潤滑処理を施さなかった。被
加工材 (リング) の材質と工具 (ダイス) の材質および
表面処理は次の通りであった。

【００３８】被加工材 (リング) 材質 SUS304 (オーステナイト系ステンレス鋼) 、13Cr鋼 (油
井管用のマルテンサイト系ステンレス鋼) 、またはS45C
(一般高炭素鋼) 。各鋼の組成は表１に示した通りであ
る。

【００３９】工具 (ダイス) の材質と表面処理 材質：工具鋼SKD6 (組成は表２に示した通り) 表面処理：スケール肌0.01 mm 厚 (ビッカース硬度 4
50) Crメッキ 0.04 mm 厚 (ビッカース硬度1000) Niメッキ 0.04 mm 厚 (ビッカース硬度 400) Feメッキ 0.04 mm 厚 (ビッカース硬度 350) 窒化処理 0.1 mm厚 (ビッカース硬度1000) なお、スケール肌は、ダイスを1020℃×20分の均熱→焼
入れ→620 ℃×20分の均熱→空冷により処理して生成さ
せた。Crメッキは硫酸含有クロム酸浴 (CrO₃濃度250 g/
L)、Niメッキはワット浴 (硫酸塩・塩化物浴) 、Feメッ
キも硫酸塩・塩化物浴、を用いた電気メッキ法により実
施した。窒化処理は30％アンモニアガス中で900 ℃×30
時間の熱処理により行った。

【００４０】試験した潤滑剤の組成を表３に、被加工材
がSUS304、13Cr鋼、およびS45Cである場合の試験結果
(摩擦係数) を、それぞれ表４、表５および表６に示
す。なお、被加工材の材質がSUS304または13Crステンレ
ス鋼の場合には、摩擦係数が0.2 超では摩擦係数が高
く、実機の鍛造・圧延での適用は困難と考えられるの
で、0.2 超を高摩擦係数、0.2 以下を許容水準と判断す
る。ただし、工具 (ダイス) が、焼付きにくいスケール
肌または窒化処理表面の場合には、摩擦係数がメッキ表
面に比べて低いので、0.15超を高摩擦係数、0.15以下を
許容水準と判断する。

【００４１】一方、被加工材の材質が焼付きの起こりに
くい炭素鋼(S45C)の場合には、工具がメッキ表面の場合
で摩擦係数0.15超を高摩擦係数、0.15以下を許容水準と
判断し、スケール肌や窒化処理表面では0.10超を高摩擦
係数、0.10以下を許容水準と判断する。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】

【表５】

【００４７】

【表６】

【００４８】表４〜６からわかるように、本発明例の潤
滑剤では、ほぼ全例で許容水準またはそれ僅かに上回る
程度まで摩擦係数が低下し、実機で十分に圧延・鍛造が
可能な水準の潤滑性を示した。特に、(a) 成分としてア
ルカリ金属炭酸塩とアルカリ金属カルボン酸塩の両方を
含有し、さらに黒鉛を配合した潤滑剤で摩擦係数が低く
なった。

【００４９】一方、比較例では、潤滑剤を使用しない比
較例９に比べれば、摩擦係数は低下するものの、全例で
摩擦係数が許容水準を大きく上回る高摩擦係数を示し
た。即ち、アルカリ金属炭酸塩に代えて硼砂または炭酸
カルシウムを使用したり、或いは黒鉛の配合量が90重量
％を超えると、潤滑剤の潤滑性が著しく低下し、実機で
の圧延・鍛造が不可能になることがわかる。

【００５０】なお、ダイス表面が、スケール肌と窒化処
理表面の場合には摩擦係数が低く、メッキ表面では摩擦
係数が高い。特にCrメッキとNiメッキの表面の場合に摩
擦係数が高いが、その場合でも本発明の潤滑剤により許
容水準まで摩擦係数を低下させることができた。また、
メッキの種類による潤滑剤の性能差はなく、どのメッキ
種に対しても同様の潤滑性能を発揮することが判明し
た。

【００５１】

【実施例２】実施例１と同様にして、表７に示す組成の
粉末状潤滑剤を調製した。この潤滑剤を継目無管用のマ
ンネスマン型マンドレルミル圧延ラインにて試験して潤
滑性能を評価した。

【００５２】マンドレルミル圧延は、ピアサーで穿孔さ
れた直後の高温の中空素管 (ホローシェル) の内面に潤
滑剤を吹き込んでから、黒鉛−有機バインダー系潤滑剤
の塗布・乾燥により固体潤滑皮膜を表面に形成したマン
ドレルバーをホローシェルの内部に挿入し、このバーの
入ったホローシェルをマンドレルミルで延伸圧延するこ
とにより行った。潤滑剤の吹込みと圧延条件は次の通り
であった。

【００５３】実験条件 圧延装置：セミフロート式７スタンドマンドレルミル 被圧延材材質：SUS304 (オーステナイト系ステンレス
鋼) 、13Cr鋼 (油井管用のマルテンサイト系ステンレス
鋼) 、S45C (一般高炭素鋼) (組成は表１) 圧延寸法： 穿孔後のホローシェル 外径 181×肉厚17.5×長さ65
50 mm マンドレルミル圧延後 外径 151×肉厚 6.5×長さ20
000 mm 製品寸法 外径 113×肉厚 6.5×長さ27
140 mm 内面温度： 穿孔後のホローシェル 穿孔後1230℃→ マント゛レルミル圧
延前1180℃ マンドレルミル圧延直後 約1000℃ マンドレルバー：外径 134×長さ23000 mm 材質： SKD6 （表２参照） 表面状態：Crメッキ (50μｍ厚) 潤滑：黒鉛−有機バインダー系水溶性潤滑剤を室温で均
一に塗布し、乾燥後使用 (平均潤滑皮膜厚約50μｍ) ホローシェルへの潤滑剤の吹込み：圧力４kg/cm²程度の
窒素ガスをキャリアガスとし、ホローシェル端面より内
部に50mm程度挿入したノズルから潤滑剤約300 ｇをホロ
ーシェル内に吹込む マンドレルミル圧延界面の摩擦係数を、圧延中のマンド
レルバーのリテインド力を各スタンドの圧延荷重の和で
除した値として求めた。また、圧延後の継目無管の内面
の製品品質を目視および超音波検査で調査し、下記の基
準で内面品質を判定した。また、摩擦係数と内面品質の
結果から、下記基準で潤滑剤の総合評価を行った。

【００５４】判断基準 被圧延材がSUS304ステンレス鋼の場合 内面品質 ×：管軸方向で一部でも深さ0.32mm (肉厚の
5%) 以上の疵発生 △：管軸方向で一部でも深さ0.10mm以上、0.32mm未満の
疵発生 ○：管軸方向で深さ0.10mm未満の疵発生 総合評価 摩擦係数が0.100 未満→品質と同じ×、△、
○の評価 品質○で、低摩擦係数 (<0.035、圧延安定、寸法精度良
好) →◎ 品質×で、高摩擦係数 (>0.100、圧延不安定) →×× 被圧延材が13Crステンレス鋼の場合 内面品質 SUS 304 ステンレス鋼と同じ評価基準 総合評価 摩擦係数が0.08未満→品質と同じ×、△、○
の評価 品質○で、低摩擦係数 (<0.035、圧延安定、寸法精度良
好) →◎ 品質×で、高摩擦係数 (>0.08 、圧延不安定) →×× 被圧延材が高炭素鋼S45Cの場合 内面品質 ×：管軸方向で一部でも深さ0.20mm (肉厚の
3%) 以上の疵発生 △：管軸方向で一部でも深さ0.10mm以上、0.20mm未満の
疵発生 ○：管軸方向で深さ0.10mm未満の疵発生 総合評価 摩擦係数が0.08未満→品質と同じ×、△、○
の評価 品質○で、低摩擦係数 (<0.030、圧延安定、寸法精度良
好) →◎ 品質×で、高摩擦係数 (>0.08 、圧延不安定) →××

【００５５】

【表７】

【００５６】

【表８】

【００５７】表８からわかるように、本発明の潤滑剤を
Ｂ法の潤滑方法に使用した場合には、いずれも低摩擦係
数となり、深さがステンレス鋼の場合で0.32 mm 、炭素
鋼で0.20 mm を超える深い疵の発生を完全に防止するこ
とができ、△〜◎の評価であった。アルカリ金属塩(a)
として、アルカリ炭酸塩(イ) とアルカリカルボン酸塩
(ロ) を併用し、さらに少量の黒鉛を配合した場合 (具体
的には、重量％で(イ) 50〜80％、(ロ) 10〜30％、(b) 10
〜50％の場合) に、特に高い評価 (◎) が得られた。

【００５８】これに対し、比較例では、潤滑剤を使用し
ない比較例21に比べれば、摩擦係数は低下するものの、
焼付きを防止することができず、製品内面にはいずれも
上記の深い疵が発生していた。そのため、評価も×〜×
×と著しく低下した。従って、潤滑剤の潤滑性が著しく
低下するため、実機での圧延・鍛造は実質上不可能であ
る。

【００５９】

【発明の効果】本発明の潤滑剤は、高温の被加工材に適
用することによって、工具表面および／または被加工材
が焼付きの起こり易い材質であっても、十分に摩擦係数
を低下させ、焼付きを防止することができる。その結
果、この潤滑剤を上記のＢ法の潤滑方法に適用し、これ
をＡ法の潤滑方法と併用することによって、従来法では
Ａ法とＢ法を併用しても焼付きや製品の内面疵発生を防
ぐことができなかった、メッキ (特にCrメッキ) を施し
た工具 (マンドレルバー) によるステンレス鋼製の中空
素管のマンドレルミル圧延といった熱間塑性加工条件で
も、焼付きを防止して、良好な品質の製品を得ることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マンドレルミル圧延ラインの説明図である。

【図２】リング圧縮試験の説明図である。

【図３】リング圧縮試験での加工量（圧縮率と内径変化
率）と摩擦係数の関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (a) アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ
   金属カルボン酸塩から選ばれた１種もしくは２種以上の
   アルカリ金属塩10〜100 重量％と、(b) 黒鉛０〜90重量
   ％とからなることを特徴とする熱間塑性加工用潤滑剤。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の潤滑剤を、所定の熱間
   塑性加工温度に加熱された被加工材の加工表面に付着さ
   せた後、工具を用いて熱間塑性加工することを特徴とす
   る熱間塑性加工方法。
3. 【請求項３】 前記工具が金属メッキを施した工具であ
   る請求項２記載の熱間塑性加工方法。
4. 【請求項４】 前記金属メッキがCrメッキである請求項
   ３記載の熱間塑性加工方法。
5. 【請求項５】 前記被加工材が継目無管製管用の中空素
   管である請求項２〜４のいずれか１項に記載の熱間塑性
   加工方法。