JPH1192169A - 熱間押出し用ガラス潤滑剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高合金鋼又はステンレス鋼の高加工度の押出
しや長尺の押出しにおいても、押出し管の疵発生及び工
具の損傷を抑制することができる熱間押出し用ガラス潤
滑剤を提供する。 【解決手段】 無アルカリ系のケイ酸塩ガラスに特定量
のＢ₂ Ｏ₃ を添加したものである。具体的には、重量％
でＳｉＯ₂ ：３５〜６０％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１０〜２０
％、Ｂ₂ Ｏ₃ ：１２％超２０％未満、アルカリ土類酸化
物及び／又はＺｎＯ：１５〜２５％、アルカリ金属：０
又は５％以下、Ｐ₂ Ｏ₅ ：０又は５％以下を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ユジーン・セジュ
ルネ法に代表される熱間押出し法にガラスパッド又は内
面ガラスとして使用される熱間押出し用ガラス潤滑剤に
関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の熱間押出しにおいては、以下の３ヵ
所にガラス潤滑剤が使用されている。一つは、押出され
る材料（ビレット）とダイスの間の潤滑に使用されるガ
ラスパッドである。これは、ガラス粉末をケイ酸ソーダ
（水ガラス）又は合成樹脂により円盤状に固めた形で使
用される。二つ目は、ビレット外面とコンテナ・ライナ
ー内面の間の潤滑に使用される外面ガラスである。これ
は、ガラスの微細粉末をビレット外面に塗布した形で使
用される。三つ目は、中空材押出しの場合にビレット内
面とマンドレル外面の間の潤滑に使用される内面ガラス
である。これは、ガラスの微細粉末をビレット内面に塗
布した形で使用される。

【０００３】これらのガラス潤滑剤のうち、押出し材の
品質に大きな影響を与えるのは、ガラスパッド及び内面
ガラスであり、これら二つには基本的に同じ組成のガラ
スが使用される。

【０００４】ガラスパッド及び内面ガラスに使用される
ガラスとしては、主成分がＳｉＯ₂−Ｎａ₂ Ｏ−ＣａＯ
系の窓ガラスやアルカリ成分を除いたＳｉＯ₂ −Ａｌ₂
Ｏ₃−ＣａＯ系の無アルカリガラスが一般的である。こ
れらのガラスは、炭素鋼やステンレス鋼等の製管温度に
て軟化する粘度特性を持つことにより、一応は潤滑剤と
して機能すると考えられている。

【０００５】しかし、窓ガラスは、炭素鋼や低合金鋼の
熱間押出し用としては十分な潤滑効果を得ることができ
るが、熱間加工性が悪く且つ変形抵抗の大きいステンレ
ス鋼や高合金鋼の押出しの場合は、押出し材の表面にい
わゆる象肌状疵や横切れ疵を生じ易い欠点がある。

【０００６】これに対し、無アルカリガラスは、ガラス
中のアルカリ成分を制約することにより、材料への浸食
作用を抑え、これにより比較的良好な押出し管表面を得
ることができる。例えば特公昭５３−３８２８５号公報
により提示されたガラス潤滑剤は、この無アルカリガラ
スの一種であって、良好な押出し管表面を得ることに成
功したものであり、いわゆるＥガラスとしてステンレス
鋼や高合金鋼の熱間押出しに使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、無アル
カリガラスといえども、薄肉管等の高加工度の押出しで
は潤滑性能が十分でなく、被加工材と工具の焼付きによ
る管表面の疵の発生及び工具の損耗が顕著となる。ま
た、近年主流となりつつある２０ｍを超えるような長尺
の押出しでは、押出しの進行と共にガラスの供給量が減
少してゆき、同様の焼付きが発生し易くなる。

【０００８】即ち、熱間押出しにおける加工温度は１０
００〜１３００℃で、被加工材表面にスケール（酸化物
層）を生成させる。このスケールは被加工材に比べて加
工温度での延性が乏しく、押出し加工時に押さえ込み疵
を発生させるために、押出し前に取り除くことが望まし
く、炭素鋼や低合金鋼の押出しでは、その押出し前に水
圧式のデスケーラでスケールを除去する工程が追加され
るが、９％Ｃｒ以上の高合金鋼やステンレス鋼の場合
は、スケールの密着性が高く、水圧デスケーラではこの
スケールを除去することが難しい。そのため、高合金鋼
やステンレス鋼の押出しには、窓ガラスや無アルカリガ
ラスのなかでも、スケールを溶融する作用の強いＳｉＯ
₂ を主成分としたケイ酸塩ガラスが使用されている。

【０００９】しかしながら、現状のケイ酸塩ガラスは、
窓ガラス系のものは勿論のこと、無アルカリガラス系の
ものでさえも、スケールの溶融能力が十分でなく、高加
工度や長尺の押出しでは、押出し中にスケールがガラス
中に飽和した状態となり、そのガラスの潤滑性能が著し
く悪化するため、被加工材と工具の焼付きを誘発する。
その結果、押出し管にはカブレや筋といった焼付き状の
疵が発生し、歩留り及び作業性を悪化させると共に、工
具も焼付きによる損傷のために再使用が不可能となり、
工具原単位の悪化を招く。

【００１０】本発明の目的は、無アルカリガラス系のケ
イ酸塩ガラスに属し、且つ従来のこの種ガラスよりも更
に潤滑性能に優れ、高合金鋼やステンレス鋼の高加工度
の押出しや長尺の押出しでも押出し管の疵発生及び工具
の損傷を効果的に抑制することができる熱間押出し用ガ
ラス潤滑剤を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】９％Ｃｒ以上の高合金鋼
やステンレス鋼の高加工度の押出しや長尺の押出しで
は、依然として潤滑性能が不足するが、その原因として
は、前述したように、スケールの溶融能力が不足し、押
出し中にスケールがガラス中に飽和した状態となること
がある。本発明者らはこの観点から、ホウケイ酸塩ガラ
スの主成分の一つとして使用されるＢ₂ Ｏ₃ を、無アル
カリガラス系のケイ酸塩ガラスに使用することを企画し
た。

【００１２】即ち、スケールを溶融させるガラス成分と
してはＳｉＯ₂ ，Ｂ₂ Ｏ₃ 及びＰ₂Ｏ₅ の３種がある
が、このうちＰ₂ Ｏ₅ は原料として高価であり、また粘
度を急激に低下させる作用があるため、十分なスケール
溶融作用が得られる程度に添加することは困難である。

【００１３】残り二種のうち、ＳｉＯ₂ は融点が１７０
０℃と高く、高合金鋼やステンレス鋼の加工温度である
１０００〜１３００℃では、スケールの溶融作用が弱
い。従来のケイ酸塩ガラスで十分な潤滑作用が得られな
いのも、このためと考えられる。一方、Ｂ₂ Ｏ₃ は融点
が約４５０℃程度と低く、スケールとの共晶点も加工温
度以下にあるため、スケールの溶融作用が強く実用的で
ある。

【００１４】この観点から、本発明者らは基礎実験とし
てＳＵＳ３１６（外径１９ｍｍ×肉厚１ｍｍ）の管に予
め種々の厚さのスケールを生成させ、この管を押出し温
度相当の１２５０℃に加熱した後、Ｂ₂ Ｏ₃ 量を０〜４
０重量％の範囲で種々変えた無アルカリ系のケイ酸塩ガ
ラスを管外表面に振り掛け、スケールの溶融状況を調査
した。スケール溶融の判定はＥＰＭＡの面分析により行
った。その結果、無アルカリガラス中のＢ₂ Ｏ₃ 量が１
２重量％を超える領域で、優れたスケール溶融作用の得
られることが判明した。

【００１５】また、Ｂ₂ Ｏ₃ は一方でガラスの粘度を低
下させ、無アルカリガラスではアルカリ成分によるガラ
ス化を期待できないため、無アルカリガラス中のＢ₂ Ｏ
₃ 量を増加させる場合は、他の成分量についても厳密な
管理を行わなければ、長尺押出しや高加工度の押出しに
は対応できないことが明らかとなった。

【００１６】本発明の熱間押出し用ガラス潤滑剤は、か
かる知見を基礎として開発されたものであり、重量％
で、ＳｉＯ₂ ：３５〜６０％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１０〜２０
％、Ｂ₂ Ｏ₃ ：１２％超２０％未満、アルカリ土類金属
酸化物及び／又はＺｎＯ：１５〜２５％、アルカリ金属
酸化物：０又は５％以下、Ｐ₂ Ｏ₅ ：０又は５％以下を
含有することを構成上の特徴とする。

【００１７】本発明の熱間押出し用ガラス潤滑剤は、無
アルカリ系のケイ酸塩ガラスに属するので、アルカリ金
属酸化物を控え、代わりにアルカリ土類金属酸化物の添
加量を増加させた成分構成を採用する。ここでアルカリ
土類金属酸化物は、具体的にはＣａＯ，ＭｇＯ，ＢａＯ
及びＳｒＯの１種又は２種以上を指す。また、アルカリ
金属酸化物は、具体的にはＮａ₂ Ｏ，Ｋ₂ Ｏ及びＬｉ₂
Ｏの１種又は２種以上を指す。アルカリ土類金属酸化物
の添加においては、これに代えて、或いはこれと共にＺ
ｎＯを使用することが可能である。

【００１８】本発明の熱間押出し用ガラス潤滑剤は、製
管押出しでのガラスパッド及び内面ガラスに適し、材質
的には普通鋼及び低合金鋼の押出しにも適用可能である
が、９％Ｃｒ以上の高合金鋼及びステンレス鋼の押出し
に特に適する。また、その押出しのなかでも特に、加工
度が３０％以上の高加工度の押出し及び／又は押出し長
が２０ｍ以上の長尺押出しに適する。

【００１９】本発明の熱間押出し用ガラス潤滑剤は、１
種類のガラスでも複数種類のガラスをブレンドしたミッ
クスガラス潤滑剤でもよい。いずれの潤滑剤でも、ガラ
スパッドではガラス粉末をそのパッド形状に固め、内面
ガラスではガラス粉末を塗布することにより使用され
る。

【００２０】なお、Ｂ₂ Ｏ₃ は、特開昭５０−５４６１
０号公報及び特公昭５３−３８２８５号公報に記載され
ているようなホウケイ酸ガラスでは、主成分として使用
される。また、特公昭６０−８９８４号公報に記載され
ているように、ケイ酸ガラスでも少量使用する場合があ
る。しかし、いずれの場合も、Ｂ₂ Ｏ₃ はスケール溶融
のためには使用されておらず、また、高合金鋼及びステ
ンレス鋼の長尺押出しや高加工度の押出しに有効な成分
構成とは言えない。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
説明する。

【００２２】本発明の熱間押出し用ガラス潤滑剤は、例
えば製管押出しでのガラスパッド及び内面ガラスとして
使用され、押出し前の加熱により発生した被加工材表面
のスケールを押出し時に十分に溶かし込むことにより、
スケールの堆積による潤滑性の悪化を防ぐと共に、スケ
ールの押さえ込みを抑制し、その結果として高合金鋼や
ステンレス鋼の高加工度の押出しや長尺の押出しにおい
ても、押出し管の疵発生防止押出し工具寿命の延長に有
効である。

【００２３】本発明の熱間押出し用ガラス潤滑剤におい
て、その組成を上記のように限定した理由は以下のとお
りである。

【００２４】ＳｉＯ₂ ：３５〜６０％ ＳｉＯ₂ は本発明のガラス潤滑剤の主成分であり、ガラ
スの骨格を形成するものである。ガラス化のためには最
低３５％必要であるが、多量になりすぎると分相失透に
より高粘度化するため、上限は６５％とする。

【００２５】Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１０〜２０％ Ａｌ₂ Ｏ₃ は、ガラスの分相失透による性質変化を防ぐ
ために１０％以上添加する必要がある。しかし、多量に
なると高粘度化を招くため、上限は２０％とする。

【００２６】Ｂ₂ Ｏ₃ ：１２％超２０％未満 Ｂ₂ Ｏ₃ は本発明のガラス潤滑剤での重要添加成分であ
り、被加工材表面に発生したスケールを溶融させるため
に、１２％を超える添加を必要とし、１４％以上の添加
が望ましい。しかし、Ｂ₂ Ｏ₃ によるスケール溶融作用
は２０％で飽和傾向となり、また多量添加の場合の問題
点として、揮発性による成分の変化、粘度の低下及び原
料費の増大等があるため、上限は２０％未満とし、１８
％以下が望ましい。

【００２７】アルカリ土類金属酸化物及び／又はＺｎ
Ｏ：１５〜２５％ 後述するように、本発明のガラス潤滑剤では被加工材の
表面を侵すアルカリ金属の添加を控えるために、アルカ
リ土類金属酸化物及び／又はＺｎＯによりガラス化を図
る必要があり、このガラス化のために合計量で１０％以
上が必要である。しかし、多量添加を行うと失透が生じ
るために、上限は２５％以下とする。

【００２８】アルカリ金属酸化物：０又は５％以下 アルカリ金属酸化物は被加工材表面の酸化や浸食の原因
となるため、無添加が望ましいが、粘度調整のために添
加せざるを得ない場合には、５％以下であれば押出し管
として品質的に問題のないことが確認されている。

【００２９】Ｐ₂ Ｏ₅ ：０又は５％以下 Ｐ₂ Ｏ₅ はＢ₂ Ｏ₃ と同様にスケールを溶融させる作用
があるが、原料としては高価であり、また粘度を急激に
低下させる作用があるため、必要に応じ５％以下の範囲
で添加することができる。

【００３０】粘度については、この種のガラス潤滑剤に
は適正な粘度域が存在し、粘度が低すぎるとガラス層が
突き破られて被加工材と工具が接触し、焼付きが発生す
る。逆に粘度が高すぎると、押出し時のガラスの軟化が
不十分となり、これによる潤滑不足のために、焼付きが
生じると共に、未溶融ガラス粒子の押さえ込みが発生す
る。このため、加工温度域で適正粘度が得られるよう
に、上記の組成範囲内で成分量を決定することが必要で
あり、製管押出しに使用されるガラスパッド又は内面ガ
ラスの場合で、加工温度域での適正粘度は３００〜３０
００ポアズであり、６００〜１３００ポアズが特に望ま
しい。

【００３１】

【実施例】次に本発明の実施例を示し、比較例と対比す
ることにより、本発明の効果を明らかにする。

【００３２】ＳＵＳ３１６の製管押出しにおいて、表１
に示す１０種の粉末ガラス潤滑剤（Ａ〜Ｊ）をディスク
パッドに固めて使用して、各３０本、計３００本の押出
しを行い、押出し管の表面性状を調査した。ここにおけ
る押出しは、後述する条件にも示されるが、ステンレス
鋼の高加工度（５０％）で長尺（４０ｍ）の押出しであ
る。

【００３３】

【表１】

【００３４】ビレットとしては、外径１７４ｍｍ×内径
４４ｍｍ×長さ８００ｍｍで、先端に２０Ｒの加工を施
したものを使用した。ビレットの加熱温度は１２５０℃
とした。製造された押出し管の寸法は、外径４７ｍｍ×
内径４１ｍｍ×肉厚３ｍｍ×長さ４０ｍであり、加工度
は５０％である。ビレット加熱温度（１２５０℃）での
ガラス潤滑剤の粘度は、白金引き上げ法により測定し
た。

【００３５】ガラス潤滑剤Ａ，Ｂは、アルカリ成分を控
えた無アルカリガラス系のケイ酸塩ガラスに属する従来
品である。ＳｉＯ₂ が主成分として使用されているが、
押出し管のミッド部からボトム部にかけてガラスの付着
量が減少し、この部分の表面に筋状の疵が全面的に発生
した。ダイスも１回の使用で内径が０．５ｍｍ磨耗し、
再使用が不能となった。ただし、アルカリ成分を控えて
いるため、象肌状の欠陥は見られなかった。

【００３６】ガラス潤滑剤Ｃは、アルカリ成分を比較的
多量に含む窓ガラス系のケイ酸塩ガラスに属する従来品
である。ＳｉＯ₂ が主成分として使用されているが、比
較的多量のアルカリ成分のため、押出し管の表面全体に
象肌状の欠陥が見られ、特にそのトップ部は全数グライ
ンダーによる全面手入れを必要とし、更生工数が大であ
った。また、ミッド部からボトム部にかけての表面に
は、ガラス潤滑剤Ａ，Ｂの場合と同様に筋状疵が見られ
た。

【００３７】ガラス潤滑剤Ｄは、Ｂ₂ Ｏ₃ を含有するも
のの、アルカリ成分を比較的多量に含有する比較品であ
り、一応、窓ガラス系のケイ酸塩ガラスに属するもので
ある。比較的多量のＢ₂ Ｏ₃ のため、ガラスの付着は全
長にわたり良好で、筋状疵の発生はなかったが、比較的
多量のアルカリ成分のため、全長にわたって象肌状の欠
陥が見られ、研磨等の更生を必要とした。

【００３８】ガラス潤滑剤Ｅ，Ｆ，Ｇは、無アルカリガ
ラス系のケイ酸塩ガラスにおいて、Ｂ₂ Ｏ₃ を多量添加
した本発明品である。ガラスの付着は全長にわたり良好
で、筋状疵、象肌状疵を含め、疵の発生は殆どなかっ
た。

【００３９】ガラス潤滑剤Ｈは、無アルカリガラス系の
ケイ酸塩ガラスにおいて、Ｂ₂ Ｏ₃を多量添加した本発
明品である。若干量のアルカリ成分を含むために、若干
象肌傾向ではあるが、手入れを要するレベルではなく、
冷間加工用素管或いは熱管仕上げ管としての使用が可能
であった。

【００４０】ガラス潤滑剤Ｉ，Ｊは、無アルカリガラス
系のケイ酸塩ガラスにおいて、Ｂ₂Ｏ₃ を多量添加した
本発明品であり、且つ、複数種類のガラスをブレンドし
たミックスガラスである。アルカリ成分を控えているた
めに、ガラス潤滑剤Ｅ，Ｆ，Ｇと同様に、ガラスの付着
は全長にわたり良好となり、筋状疵、象肌状疵を含め、
疵の発生は殆ど防止された。このように、複数種類のガ
ラス潤滑剤をブレンドしたものでも、効果は同等であ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の熱間押出
し用ガラス潤滑剤を使用すれば、Ｂ₂Ｏ₃ の添加により
スケールの溶融作用が向上するので、高合金鋼やステン
レス鋼の長尺押出し時でも常にスケールを溶融させるこ
とが可能となる。その結果、スケールの堆積による潤滑
性の悪化及びスケールの押さえ込みが抑制され、押出し
管の筋疵、カブレ疵、押さえ込みといった疵の発生が抑
えられる。また、アルカリ成分の制限により、被加工材
の酸化や浸食が抑制され、象肌疵、横切疵の発生を減少
させることが可能となる。これらにより、従来のガラス
潤滑剤では難しかった筋状疵の抑制と象肌状疵の抑制の
両立が可能となり、更には長尺押出し時の潤滑悪化抑制
も可能となり、これらにより歩留り向上、手入れ工数の
削減、及び工具寿命の延長が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｍ 103/00 Ｃ１０Ｍ 103/00 Ａ 103/06 103/06 Ｇ Ａ Ｄ // Ｃ１０Ｎ 40:00 40:24 (72)発明者 古堅 宗勝 兵庫県尼崎市東向島西之町１番地 住友金 属工業株式会社関西製造所特殊管事業所内 (72)発明者 松原 考至 大阪市淀川区西宮原２丁目５番30号 日本 フリット株式会社大阪営業所内 (72)発明者 平岡 正 愛知県半田市港町４丁目５番地５ 日本フ リット株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、ＳｉＯ₂ ：３５〜６０％、Ａ
   ｌ₂ Ｏ₃ ：１０〜２０％、Ｂ₂ Ｏ₃ ：１２％超２０％未
   満、アルカリ土類金属酸化物及び／又はＺｎＯ：１５〜
   ２５％、アルカリ金属酸化物：０又は５％以下、Ｐ₂ Ｏ
   ₅ ：０又は５％以下を含有することを特徴とする熱間押
   出し用ガラス潤滑剤。