JPH1150080A

JPH1150080A - 伸線用ダイス前潤滑剤及び高強度ボルト用母材の潤滑処理方法

Info

Publication number: JPH1150080A
Application number: JP21146497A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Matsumoto; 斉松本; Yoshihiko Kamata; 芳彦鎌田; Heiji Hagita; 兵治萩田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1999-02-23
Anticipated expiration: 2017-08-06
Also published as: JP4078689B2

Abstract

(57)【要約】【課題】母材に対する潤滑処理が簡便で、且つ伸線ダイ
スと冷間鍛造金型の寿命を延長でき、しかも潤滑被膜を
除去しないままで熱処理しても「浸燐」を生じさせない
伸線用ダイス前潤滑剤及び高強度ボルト用母材の潤滑処
理方法を提供する。【解決手段】金属石けん類を主成分とし、１〜１０重
量％のフッ素樹脂粉末及び１〜１０重量％の二硫化モリ
ブデン粉末を含む伸線用ダイス前潤滑剤。表面粗さＲ
ａが８μｍ以上の高強度ボルト用母材に石灰石けん処理
を施し、次いで、上記の潤滑剤を伸線時のダイス前潤
滑に用いる高強度ボルト用母材の潤滑処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、伸線用ダイス前
潤滑剤及び高強度ボルト用母材の潤滑処理方法に関す
る。より詳しくは、ボルトの引張強さが１０４０ＭＰａ
以上、降伏比が０．９以上の所謂「１０．９グレ−ド
級」以上である高強度ボルト用の母材を伸線する際に使
用するダイス前潤滑剤及びそれを用いた前記高強度ボル
ト用母材の潤滑処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高強度ボルト、なかでも１０．９
グレ−ド級以上の高強度ボルトは、母材を脱スケ−ルし
た後、「りん酸亜鉛処理→反応型石けん処理」の潤滑を
施し、次いで、伸線と冷間鍛造を行い、更に熱処理して
製造されていた。

【０００３】しかし、上記の「りん酸亜鉛処理→反応型
石けん処理」の潤滑処理を行うと、図１に示すように、
母材表面にＺｎ₃（ＰＯ₄）₂ と、その上に（Ｃ₁₇Ｈ₃₅Ｃ
ＯＯ）₂ＺｎとＣ₁₇Ｈ₃₅ＣＯＯＮａの被膜が形成され
る。そのような母材を伸線及び鍛造した後、潤滑被膜を
除去しないままで所望の強度を確保させるために熱処理
すると、特に焼入れの加熱時に、りん酸亜鉛被膜〔Ｚｎ
₃（ＰＯ₄）₂〕中のＰ分が母材中に拡散して所謂「浸
燐」が生じてしまう。そして、１０．９グレ−ド級以上
の高強度ボルトでは、このＰによって遅れ破壊が生じる
ことがある。又、「りん酸亜鉛処理→反応型石けん処
理」による潤滑方法では、工程数が多い上、処理時間が
長くその方法が複雑であるために潤滑処理コストが嵩む
という問題もある。

【０００４】上記潤滑処理のほかに、Ｐ成分を含有しな
い潤滑剤を用いる「石灰石けん→ダイス前潤滑処理」と
いう方法がある。この方法は母材を石灰石けん中に浸漬
してから乾燥させ、伸線する際にダイス前で金属石けん
と石灰を主成分とする潤滑剤を供給するもので、強度の
低い針金、釘、４Ｔクラスの小ねじやボルトの製造には
適している。

【０００５】しかし、上記した通常の「石灰石けん→ダ
イス前潤滑処理」方法によって１０．９グレ−ド級以上
の高強度ボルト用母材を潤滑処理すると、母材自体が高
強度であるためダイスや金型の寿命を著しく縮めてしま
うという問題がある。

【０００６】こうした問題を解決するために、特開平３
−１２２１９２号公報には「浸燐」を防止できる「ハイ
テンションボルト用母材の潤滑処理方法」が提案されて
いる。この公報に記載の技術によれば確かに熱処理時の
「浸燐」を防止することができ、しかも潤滑特性を高め
ることができるが、この方法によって所定の形状のボル
トを冷間鍛造するために強加工しなければならない場合
には、焼付きが生じて鍛造金型の寿命が低下してしまう
ことがあった。このため、軽量化などの観点から、各種
の構造物に強度の高いボルトを用いる傾向が大きくなる
にともない、「浸燐」の防止に加えて、耐焼付き性をよ
り一層高めることのできる技術に対する要望が増大して
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、１０．９グ
レ−ド級以上の高強度ボルトを製造する際に、母材に対
する潤滑処理が簡便で、且つ潤滑特性、なかでも耐焼付
き性に優れるために伸線ダイスの寿命を延長でき、しか
も強加工しても冷間鍛造金型の寿命を低下させることが
なく、潤滑被膜を除去しないままで所望の強度を確保す
るために熱処理しても「浸燐」が起こらない伸線用ダイ
ス前潤滑剤及び高強度ボルト用母材の潤滑処理方法を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）に示す伸線用ダイス前潤滑剤及び（２）に示す高
強度ボルト用母材の潤滑処理方法にある。

【０００９】（１）金属石けん類を主成分とし、１〜１
０重量％のフッ素樹脂粉末及び１〜１０重量％の二硫化
モリブデン粉末を含むことを特徴とする伸線用ダイス前
潤滑剤。

【００１０】（２）表面粗さが中心線平均粗さで８μｍ
以上の高強度ボルト用母材に石灰石けん処理を施し、次
いで、金属石けん類を主成分とし、１〜１０重量％のフ
ッ素樹脂粉末及び１〜１０重量％の二硫化モリブデン粉
末を含む潤滑剤を伸線時のダイス前潤滑に用いることを
特徴とする高強度ボルト用母材の潤滑処理方法。

【００１１】ここで、「金属石けん類」とは通常「金属
石けん」と称される脂肪酸、樹脂酸、ナフテン酸などの
アルカリ塩以外の金属塩の他、これらの酸のナトリウム
塩、あるいはそれらの混合物を指す。石灰石けんとはＣ
ａ（ＲＣＯＯ）₂ で示される潤滑剤をいう。

【００１２】又、「表面粗さ」としての「中心線平均粗
さ（Ｒａ）」は、JIS B 0601で定義されるものをいう。
以下、本明細書中で単に「表面粗さ」という場合も、こ
の「中心線平均粗さ」を指す。

【００１３】以下、上記の（１）及び（２）を（１）及
び（２）の発明という。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者らは、前記の目的を達成
するために被潤滑処理材の表面粗さＲａと潤滑剤を種々
変えて潤滑処理し、その後にバウデン試験を行って潤滑
特性を調査するとともに、鍛造後に潤滑被膜を除去しな
いままで焼入れして「浸燐」の有無を調査した。その結
果、下記の知見を得た。

【００１５】潤滑剤としてＰを含有しないものを使用
すれば、鍛造後に潤滑被膜を除去しないままで高温に加
熱しても「浸燐」は起こらない。

【００１６】上記のＰを含有しない潤滑剤を使用す
るためには、潤滑処理に「石灰石けん処理→ダイス前潤
滑処理」の方法を適用すれば良い。

【００１７】上記の「石灰石けん処理→ダイス前潤
滑処理」の方法の場合、被潤滑処理材の表面粗さを８μ
ｍ以上にしておけば、石灰石けん及びダイス前潤滑剤の
付着量が増加して潤滑特性が向上する。

【００１８】被潤滑処理材の表面粗さを８μｍ以上に
し、更にダイス前潤滑剤として金属石けん類を主成分と
し、適当量のフッ素樹脂粉末と二硫化モリブデン粉末と
を複合して含有させたものを用いれば、潤滑特性、なか
でも耐焼付き性が極めて良好になる。

【００１９】本発明は上記の知見に基づいて完成された
ものである。

【００２０】以下、本発明の各要件について詳しく説明
する。

【００２１】（Ａ）潤滑剤の組成伸線時のダイス前潤滑の潤滑剤に、金属石けん類を主成
分とし、それに１〜１０重量％のフッ素樹脂粉末と１〜
１０重量％の二硫化モリブデン粉末が複合して含有され
ているものを用いれば、母材に容易に潤滑処理を施すこ
とができるとともに潤滑特性、なかでも耐焼付き性が良
好になって伸線ダイスの寿命を延長できる。しかも、強
加工しても冷間鍛造金型の寿命が低下することがなく、
更に所望の強度を確保するために鍛造後に潤滑被膜を除
去せずに熱処理してもボルトに「浸燐」が起こらず、し
たがって高強度ボルトが「浸燐」のために遅れ破壊する
ことがない。

【００２２】ダイス前潤滑の潤滑剤中のフッ素樹脂粉末
の含有量が１重量％未満では潤滑特性が向上せず、この
ため引き抜き力を低減させることができない。一方、１
０重量％を超えると熱処理時にフッ素ガスが発生して熱
処理炉の耐火物を損傷する場合がある。ダイス前潤滑の
潤滑剤中の二硫化モリブデン粉末の含有量が１重量％未
満では充分な潤滑特性が得られず、一方、１０重量％を
超えて含有させてもその効果は飽和するのでコストが嵩
むばかりである。

【００２３】なお、潤滑特性、なかでも耐焼付き性を高
めるためには、ダイス前潤滑の潤滑剤に上記の量のフッ
素樹脂粉末と二硫化モリブデン粉末とが複合して含有さ
れていることが重要で、特に、二硫化モリブデン粉末の
含有量は３重量％以上であることが好ましい。一層良好
な耐焼付き性を確保するためには、二硫化モリブデン粉
末の含有量を５重量％以上とすることが好ましい。

【００２４】上記のフッ素樹脂粉末にはテフロン（商品
名）などの粉末を用いれば良い。

【００２５】（１）の発明は上記の組成を有する伸線時
のダイス前潤滑の潤滑剤（伸線用ダイス前潤滑剤）であ
る。

【００２６】（Ｂ）表面粗さＲａ「石灰石けん処理→ダイス前潤滑処理」の方法の場合、
被潤滑処理材の表面粗さが８μｍ未満では石灰石けん及
びダイス前潤滑剤の付着量が少ないため潤滑特性が劣
り、前記（１）の発明に係るダイス前潤滑剤を用いても
強加工しなければならないような場合には、焼付きの発
生を避けられないこともある。このため、被潤滑処理材
である高強度ボルト用母材の表面粗さ（中心線平均粗
さ）を８μｍ以上と規定した。

【００２７】被潤滑処理材である高強度ボルト用母材の
表面粗さを８μｍ以上にする方法は特に規定されるもの
ではない。例えば、硫酸で酸洗したりショットブラスト
処理したりすれば良く、高強度ボルト用母材の鋼組成、
熱間加工条件などに応じて、つまり、熱間加工された高
強度ボルト用母材の耐食性や硬度などに応じて、予め求
めておいた条件の濃度や温度の硫酸を用いて所定の時間
酸洗したり、予め求めておいた条件でショットブラスト
処理したりすれば良い。機械加工処理して高強度ボルト
用母材の表面粗さを８μｍ以上にしても良い。

【００２８】上記したような方法でその表面粗さを８μ
ｍ以上に調整した母材に、「石灰石けん処理→（１）の
発明に係るダイス前潤滑剤による潤滑処理」である
（２）の発明に係る潤滑処理方法で潤滑を施し、次い
で、伸線と冷間鍛造を行い更に熱処理して製造された高
強度ボルト、なかでも本発明が対象とする１０．９グレ
−ド級以上の高強度ボルトには、「浸燐」が起こらな
い。したがって、上記の方法で製造された高強度ボルト
は、「浸燐」が原因となって遅れ破壊することはない。

【００２９】なお、（２）の発明に係る方法で潤滑処理
すると、図２に示すように、母材表面に石灰石けん被膜
が形成され、その上にフッ素樹脂及び二硫化モリブデン
を複合含有する被膜が形成される。図２においては潤滑
被膜中にＰ分を全く含まない。このため、冷間鍛造して
得たボルトを潤滑被膜を除去しないままで熱処理しても
「浸燐」が起こることはない。

【００３０】図３に、表面粗さを１０μｍに調整した試
験片に種々の方法で潤滑処理を施し、その後にバウデン
試験を行って潤滑特性を調査した結果の一例を示す。図
中に□、△、○及び◎の符号で示したものが「石灰石け
ん処理→ダイス前潤滑処理」の方法で潤滑処理したもの
の結果である。ここで、□はダイス前潤滑剤が金属石け
んと石灰を主成分としフッ素樹脂も二硫化モリブデンも
含まない通常の方法によるもの、△はダイス前潤滑剤が
金属石けんを主成分としフッ素樹脂（テフロン）粉末を
５重量％含むが二硫化モリブデンは全く含まない特開平
３−１２２１９２号公報で提案された技術によるもの、
○及び◎はダイス前潤滑剤が金属石けんを主成分とし５
重量％のフッ素樹脂（テフロン）粉末と二硫化モリブデ
ン粉末とを複合して含む本発明に係るものである。な
お、二硫化モリブデン粉末有の含有量は○の場合が１．
５重量％で、◎の場合が５重量％である。一方、●は
「りん酸亜鉛処理→反応型石けん処理」の方法で潤滑処
理したものの結果である。

【００３１】この図３から、本発明に係る○及び◎の場
合の潤滑特性は、通常の「石灰石けん処理→ダイス前潤
滑処理」による□の場合の潤滑特性に比べて極めて大き
く向上するばかりか、「りん酸亜鉛処理→反応型石けん
処理」による●の場合の潤滑特性や、特開平３−１２２
１９２号公報で提案された技術による△の場合の潤滑特
性に比べても大きく向上することが明らかである。

【００３２】以下、実施例に基づいて本発明を説明す
る。

【００３３】

【実施例】通常の方法で熱間圧延して製造したＪＩＳの
ＳＣＭ４３５の直径１１．２ｍｍの線材に脱スケールと
潤滑処理を施し、その後、直径９．８ｍｍに冷間伸線し
てから通常の方法で冷間鍛造し、次いで、８６０℃に加
熱して水焼入れした後４７０℃で焼戻ししてソケットス
クリューを製造した。

【００３４】脱スケールは圧延ままの線材を硫酸（濃度
が１５％、温度が７０℃）中に５分あるいは１０分浸漬
して行った。硫酸中に５分浸漬して脱スケールした場合
の線材の表面粗さは４μｍで、１０分浸漬した場合の線
材の表面粗さは１０μｍであった。

【００３５】潤滑処理は「りん酸亜鉛処理→反応型石け
ん処理」の方法と「石灰石けん処理→ダイス前潤滑処
理」の方法で行った。

【００３６】「りん酸亜鉛処理→反応型石けん処理」の
方法による潤滑処理は、りん酸亜鉛処理（３０ポイン
ト、温度８０℃、浸漬時間１０分）→反応型石けん処理
（２ポイント、温度８０℃、浸漬時間５分）で行った。

【００３７】「石灰石けん処理→ダイス前潤滑処理」の
方法による潤滑処理は、石灰石けん処理（沈澱量：７０
〜８５ｃｃ／１００ｍｌ、油脂分：２．５〜３．５ｃｃ
／１００ｍｌ、Ｃａ：８０〜９０ｇ／ｌ、温度：５０
℃、浸漬時間：３分）→ダイス前潤滑（テフロン粉末の
含有量：０〜５重量％、二硫化モリブデン粉末の含有
量：０〜５重量％）で行った。表１にテフロン粉末及び
二硫化モリブデン粉末の含有量の詳細を示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】直径１１．２ｍｍから直径９．８ｍｍに伸
線する場合の伸線ダイスの寿命を調査した。直径９．８
ｍｍに伸線した鋼線については、通常の方法でバウデン
試験を行い、摩擦係数が０．２に達するまでの摺動回数
を調査した。又、ソケットスクリューの形状に冷間鍛造
する金型の寿命の調査も行った。更に、焼入れしたまま
のソケットスクリューを顕微鏡とＥＰＭＡで調査して
「浸燐」の有無を判定し、「浸燐」がある場合にはその
表面からの深さを測定した。

【００４０】表１に上記の各種調査結果を併せて示す。
なお、表１における「ダイス寿命」は、伸線ダイスに焼
付きが発生するまでの伸線総重量で表したものである。
同様に、「金型寿命」は冷間鍛造金型に焼付きが発生す
るまでの鍛造総重量で表したものである。

【００４１】表１から明らかなように、りん酸亜鉛被膜
を伴う試験番号１の「りん酸亜鉛処理→反応型石けん処
理」の潤滑処理方法では浸燐が生じている。一方、試験
番号２〜７の「石灰石けん処理→ダイス前潤滑処理」の
潤滑処理方法では浸燐は生じていない。

【００４２】「石灰石けん処理→ダイス前潤滑処理」の
潤滑処理方法のうち、母材の表面粗さが４μｍと小さい
場合（試験番号５）及びダイス前潤滑剤にテフロン粉末
（フッ素樹脂粉末）と二硫化モリブデン粉末が複合して
含まれない場合（試験番号２〜４）については、バウデ
ン試験における摺動回数、伸線ダイス寿命及び冷間鍛造
金型寿命は、上記した試験番号１の従来の「りん酸亜鉛
処理→反応型石けん処理」の潤滑処理方法の場合に比べ
て同等かそれ以下である。

【００４３】これに対して、母材の表面粗さが８μｍ以
上を満足する１０μｍで、且つ、ダイス前潤滑剤に本発
明で規定する量のテフロン粉末（フッ素樹脂粉末）と二
硫化モリブデン粉末が複合して含まれる場合（試験番号
６、７）には潤滑特性が著しく高まって、試験番号１の
従来法である「りん酸亜鉛処理→反応型石けん処理」の
方法や試験番号３の特開平３−１２２１９２号公報で提
案された方法で潤滑処理した場合に比べて、バウデン試
験における摺動回数、伸線ダイス寿命及び冷間鍛造金型
寿命のいずれもが大きく向上している。

【００４４】

【発明の効果】表面粗さが８μｍ以上の高強度ボルト用
母材に石灰石けん処理を施し、次いで本発明に係る伸線
時のダイス前潤滑剤を用いて潤滑処理すれば、伸線ダイ
スの寿命及び冷間鍛造金型の寿命を延ばすことができ、
しかも潤滑被膜を除去しないままで熱処理を行っても
「浸燐」が起こらない。このため１０．９グレ−ド級以
上の高強度ボルトでも、「浸燐」が原因となった遅れ破
壊は生じない。本発明に係る潤滑処理方法は、比較的短
時間で簡便に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】「りん酸亜鉛処理→反応型石けん処理」の潤滑
処理方法により形成された潤滑被膜層の断面図である。

【図２】本発明の「石灰石けん処理→ダイス前潤滑処
理」の潤滑処理方法により形成された潤滑被膜層の断面
図である。

【図３】表面粗さＲａを１０μｍに調整した試験片に種
々の方法で潤滑処理を施し、バウデン試験を行って潤滑
特性を調査した結果の一例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ１０Ｎ 10:02 10:04 10:12 30:06 40:24 80:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属石けん類を主成分とし、１〜１０重量
％のフッ素樹脂粉末及び１〜１０重量％の二硫化モリブ
デン粉末を含むことを特徴とする伸線用ダイス前潤滑
剤。
【請求項２】表面粗さが中心線平均粗さで８μｍ以上の
高強度ボルト用母材に石灰石けん処理を施し、次いで、
金属石けん類を主成分とし、１〜１０重量％のフッ素樹
脂粉末及び１〜１０重量％の二硫化モリブデン粉末を含
む潤滑剤を伸線時のダイス前潤滑に用いることを特徴と
する高強度ボルト用母材の潤滑処理方法。