WO2006054768A1 - 熱間粉体潤滑剤組成物および継目無管の製造方法 - Google Patents

熱間粉体潤滑剤組成物および継目無管の製造方法 Download PDF

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Sumio Iida
Shizuo Mori
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    • C10N2050/00—Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
    • C10N2050/08—Solids

Definitions

  • the present invention relates to a hot powder lubricant composition optimum for seamless pipe mandrel mill rolling and a manufacturing method using the same, and more specifically, in the mandrel mill rolling, the inner surface of a finished product pipe
  • the present invention relates to a hot powder lubricant composition capable of improving quality and a method for producing a seamless pipe using the same.
  • a hollow shell (also referred to as a holo-shell), which is a rolling target, is pierced and rolled by a piercer after heating a raw round steel piece in a heating furnace. It is processed with.
  • a mandrel bar is inserted into the hollow shell that has been pierced and rolled and maintained at a high temperature of 1000 to 1300 ° C., and the pair of perforated rolls are tandem with a phase difference of 90 °. Stretch and roll with 7 to 8 mandrel mills to obtain finished tubes.
  • the finished pipe obtained is reheated in a reheating furnace as necessary, and then finish-rolling is performed with a stress reducer to produce a finished product pipe having a predetermined size.
  • a method of forming a film is performed.
  • the surface layer of the mandrel bar with Cr plating is usually covered with chromium oxide and becomes passivated, hardly corroded, but in a state of high temperature !, sodium borate.
  • a material that melts metal oxide such as, the chromium oxide on the Cr plating surface may melt and cause a kind of corrosive wear.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-338985 discloses a composition containing sodium borate or the like, but it is possible to suppress corrosion wear of the Cr layer on the surface of the mandrel bar and to increase the tool life.
  • Propose a powder lubricant composition When mandrel mill rolling is performed using this powder lubricant, it is possible to ensure stable inner surface quality of the finished product tube by suppressing corrosion wear on the Cr plating surface and extending the life of the hot tool. it can.
  • the hot powder lubricant composition proposed in the above publications JP 2002-338984 and JP 2002-338985
  • the basic composition is sodium borate as a main component and carbonic acid as an auxiliary lubricant. It also has the compounding power of sodium. While melting the scale generated on the work surface, it becomes liquid and spreads on the work surface. At this time, by rotating the hollow shell accompanying drawing and rolling, it is diffused more uniformly, and it is possible to obtain a finished product tube that is stable and free from internal flaws without impairing the lubrication performance.
  • Such a white scale does not affect the performance as a product, but the appearance of the white scale is deteriorated. For this reason, it may be necessary to perform shot blasting on the inner surface of the pipe to remove the white scale. In this case, however, complicated processing steps and large processing costs are required.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and suppresses white scale generated on the inner surface of a finished product pipe during the production of a seamless pipe by mandrel mill rolling, and at the same time during rolling.
  • An object of the present invention is to provide a hot powder lubricant composition and a method for producing a seamless pipe using the same, which can ensure lubrication performance, reduce the life of the mandrel bar and reduce the occurrence of internal flaws.
  • the present inventors have investigated in detail the cause of the white scale generated on the inner surface of the finished product pipe after mandrel mill rolling.
  • the white scale does not exist immediately after rolling, but it occurs when the finished product pipe is stored.
  • the powder lubricant composition contains sodium borate (Na)
  • the powder lubricant composition adhering to the processed surface of the high-temperature hollow shell reacts with the scale, melted sodium borate (Na B 2 O 3), and excessively administered.
  • FIG. 1 is a diagram showing the calculation result of Gibbs free energy of the above equation (1), showing the reaction temperature range of crystallization of sodium borate (Na B 2 O 3) with sodium carbonate (Na 2 CO 3).
  • a G> 0 indicates that the reaction proceeds to the right.
  • Table 1 shows the solubility of borates.
  • calcium carbonate (CaCO 3) is sodium carbonate (Na 2 CO 3) as an auxiliary lubricant.
  • the viscosity of the main lubricant can be reduced and the same lubrication performance can be demonstrated as in (1).
  • Solubility in water 100ml is 1.4mg (25 ° C) and 1.8mg (75 ° C) and small
  • Lithium carbonate (Li 2 CO 3) is also the same as sodium carbonate (Na 2 CO 3) as an auxiliary lubricant.
  • the viscosity of the main lubricant can be reduced to 2 3 2 3 and the same lubrication performance can be demonstrated.
  • Force Solubility in 100 ml of water is 1.54 g (0 ° C) and 0.73 g (100 ° C ) And a low value. Therefore, calcium carbonate (CaCO) and
  • the present invention has been completed on the basis of the above findings, and the gist of the present invention is the hot powder lubricant composition of (1) below and the method of producing a seamless pipe of (2). .
  • a lubricant composition used for hot working wherein 40-90% by mass of calcium borate or lithium carbonate, either anhydrous sodium borate, pentahydrate or decahydrate, or two or more thereof
  • the heat is characterized in that one or two of these are mixed at 5 to 30% by mass, and one or two of the fatty acid Na salt or Ca salt are mixed at 5 to 30% by mass. It is an interstitial powder lubricant composition.
  • sodium borate it is desirable to increase the blend of the pentahydrate and mix at 40 to 90% by mass.
  • the hot powder lubricant composition of the above (1) is adhered to the processed surface of the workpiece to be heated heated to a predetermined hot processing temperature, and then mandrel mill rolling is performed.
  • This is a method of manufacturing a seamless pipe characterized by the following.
  • the predetermined hot working temperature the inner surface temperature of the hollow shell is set to 1000 to 1300 ° C.
  • the hot powder lubricant composition of the present invention by mixing calcium carbonate as an auxiliary lubricant, sodium borate (Na B 2 O 3) solidified as an amorphous after the pipe making process.
  • the occurrence of white scale can be eliminated by suppressing the expression.
  • it has good solidification and fluidity when powdered, has excellent diffusibility to the processed surface of the workpiece, can maintain lubrication performance during mandrel mill rolling, and friction between the mandrel bar and the inner surface of the pipe Since the coefficient can be reduced, the life of the mandrel bar can be extended and the occurrence of flaws on the inner surface of the pipe can be reduced.
  • Figure 1 shows sodium carbonate of sodium borate (Na B 2 O 3) calculated from Gibbs free energy.
  • the hot powder lubricant composition of the present invention can ensure lubrication performance in mandrel mill rolling by mixing calcium carbonate or lithium carbonate as an auxiliary lubricant, and can also provide a finished product after the pipe forming process. White scale generated on the inner surface of the tube can be prevented.
  • the hot powder lubricant composition of the present invention is a lubricant composition used for hot working, and is any one or two of anhydrous sodium borate, pentahydrate and decahydrate. 40-90% by mass of seeds or more, calcium carbonate or lithium carbonate, one or two compounding amounts of 5-30% by mass, and Na / Ca salt of fatty acids! /, One or two of them It is characterized by being mixed at 5 to 30% by mass.
  • sodium borate is a main component of a lubricant to be blended in order to ensure fluid lubricity and scale solubility, and any one of its anhydrous salt, pentahydrate, and decahydrate. Or it is necessary to mix 2 or more types by 40-90 mass% and to use.
  • the mixing ratio of sodium borate is more preferably 50 to 80% by mass.
  • anhydrous salts do not contain water of crystallization, and therefore do not foam at all when adhered to a high-temperature work material, so that sufficient uniformity of coating is ensured. There is a possibility that it cannot be done.
  • 10 hydrate contains a lot of crystal water, it is too foamed and difficult to adhere to a predetermined position due to the wind pressure at the time of charging.
  • the sodium borate itself may dissolve and condense when the crystal water is discharged.
  • sodium borate pentahydrate contains appropriate crystallization water! /, So it has properties in the form of powder (contains no risk of condensation due to poor foaming or water crystallization). It is desirable to mix a lot or singly, since it has a good effect of maintaining the diffusibility at the time of coating.
  • the sodium borate described above has good reactivity with the workpiece due to fluid lubricity and scale solubility, and provides lubricity, but the viscosity of the melt is relatively high. For this reason, by blending calcium carbonate or Z and lithium carbonate as auxiliary lubricants, the viscosity of the lubricant can be lowered and evenly distributed on the processed surface, and lubricity can be ensured over the entire surface. In addition, when scales that cause wrinkles are generated on the machined surface, the scale can be melted quickly.
  • the blending amount of one or two of calcium carbonate or lithium carbonate as an auxiliary lubricant is 5-30% by mass, preferably 10-20% by mass. Since calcium carbonate is less expensive than lithium carbonate, it is desirable to use it alone as an auxiliary lubricant or increase the blending ratio.
  • Na and Ca salts of fatty acids are essential for maintaining the good properties of the lubricant in powder form.
  • the blending amount is less than 5% by mass, it will not be smoothly transferred in the piping during transportation, causing a burden on the transportation machine and causing trouble.
  • it exceeds 30% by mass when it is put into a high-temperature work material, it burns instantaneously, and the powder lubricant itself diffuses too much by the combustion gas and is discharged out of the work material. As a result, the adhesion amount decreases, If the lubricity is bad, it is uneconomical. Therefore, in the present invention, the blend of Na and Ca salts of fatty acids is 5-30% by mass, more preferably 8-20% by mass.
  • Na salt or Ca salt of fatty acid examples include salts of saturated fatty acids such as stearic acid and palmitic acid, or fatty acids obtained from natural vegetable oils, such as palm oil fatty acids, Fatty acids of palm kernel oil and animal fats are obtained, for example, salts of fatty acid such as beef tallow fatty acid.
  • Table 2 shows the composition of the lubricants tested.
  • the component conditions of the lubricants used were as follows.
  • Sodium borate anhydrous salt average particle diameter of about 0.6 mm, purity of 98% or more
  • Sodium borate pentahydrate average particle size approx. 0.4mm, purity 98% or more
  • Sodium borate decahydrate average particle size about 0.3mm, purity 98% or more
  • Calcium carbonate Average particle size of about 0.1 mm, purity of about 98%
  • Sodium carbonate Average particle size of about 0.3mm, purity of about 99%
  • Fatty acid Na salt Na salt of tallow fatty acid
  • Fatty acid Ca salt Ca salt of stearic acid
  • Example 2 lithium carbonate was used in place of calcium carbonate as an auxiliary lubricant, and an evaluation test was performed for the same lubricating performance (fluidity at high temperature) as in Example 1 and the occurrence of white scale.
  • Table 3 shows the composition of the lubricants used at this time. However, the average particle size of calcium carbonate is about 0.1 mm, the purity is about 99%, and the component conditions of the other test agents are the same as in Example 1. Observed.
  • Comparative Example 916 which satisfies the formulation stipulated in the present invention, the lubrication performance and the occurrence of white scale were good for all the lubricants. In contrast, Comparative Example 4 contains less lithium carbonate, which is an auxiliary lubricant. The sliding performance was poor.
  • the material to be rolled was plain steel.
  • the holoshell dimensions before rolling were 330 mm in outer diameter, 18 mm in thickness and 7000 mm in length, and the temperature before rolling was 1150 ° C.
  • the mandrel bar used was 248mm outside diameter and 24000mm long.
  • surface Cr plating thickness 50 ⁇ m
  • the lubricant injection method is 1.5 kg / cm 2 N carrier from one end of the holo-shell before rolling.
  • the coefficient of friction during mandrel mill rolling was evaluated by dividing the retained force of the mandrel bar by the sum of the load on each stand. In the evaluation, those having the above values of less than 0.03 were marked as ⁇ , and those having a value of 0.03 or more as X.
  • the hot powder lubricant composition of the present invention by mixing calcium carbonate or lithium carbonate as an auxiliary lubricant, sodium borate (NaBO) solidified as an amorphous after the pipe making process. Prevents moisture absorption, drying and crystallization reactions on the inner surface of the finished product tube

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Abstract

　本発明の熱間粉体潤滑剤組成物によれば、硼酸ナトリウムの無水塩、５水塩または１０水塩のいずれか、および脂肪酸のＮａ塩またはＣａ塩のいずれかの混合に加え、補助潤滑剤として炭酸カルシウムまたは炭酸リチウムを混合することで、製管工程後にアモルファスとして固化した硼酸ナトリウム（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）の吸湿、乾燥および結晶化の反応を防止し、仕上製品管の内面にＮａ２Ｂ４Ｏ７・５Ｈ２Ｏの形成で発現するのを抑制し、白色スケールの発生をなくすことができる。これと同時に、被加工材の加工面への拡散性に優れ、マンドレルバーの寿命を延長できる。これらにより、マンドレルミル圧延による継目無管の製造に最適な粉体潤滑剤として、広く採用することができる。

Description

明 細 書
熱間粉体潤滑剤組成物および継目無管の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、継目無管のマンドレルミル圧延に最適な熱間粉体潤滑剤組成物および これを用いた製造方法に関し、さら〖こ詳しくは、マンドレルミル圧延に際し、仕上製品 管の内面品質を高めることができる熱間粉体潤滑剤組成物およびこれを用いた継目 無管の製造方法に関するものである。
背景技術
[0002] マンドレルミル圧延による継目無管の製造工程では、圧延対象とされる中空素管（ ホロ一シェルともいう）は、原料の丸鋼片を加熱炉で加熱した後、ピアサ一による穿孔 圧延で加工される。次いで、マンドレルミル圧延工程では、穿孔圧延された 1000〜1 300°Cの高温状態に保持された中空素管の内部にマンドレルバ一を挿入し、一対の 孔型ロールを位相差 90° でタンデムに 7〜8台配置したマンドレルミルで延伸圧延し 仕上管を得る。その後、得られた仕上管を必要に応じて再加熱炉で再加熱した後、 ストレツチレデューサで仕上圧延を行、、所定寸法の仕上製品管を製造する。
[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一の外表面との 加工界面に相対すべりが発生する。マンドレルミル圧延では、この相対すべりが円滑 に進行するように、加工界面を良好な潤滑状態で維持することが重要な技術事項と なる。このため、この加工界面に潤滑剤を塗布し、低く安定した摩擦係数を確保する ことにより、中空素管とマンドレルバ一との焼付きを防止して、仕上製品管の良好な 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、黒鉛および榭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一の表面に塗布し、乾燥させ た固体潤滑皮膜を形成する方法が行われて ヽる。
一方、中空素管の加工表面に付着させて使用する潤滑剤としては、従来から種々 の潤滑剤が継続して検討されてきたが、いずれも十分な効果を発揮していない。特 に、マンドレルミル圧延技術における改善進歩も顕著なものとなっており、リテインド' マンドレルミル圧延においては、要求される潤滑剤の摩擦係数や仕上製品管の内面 品質を十分に満足させるまでに至って 、な 、。
[0005] さらに、近年において普及してきたフルリトラタト 'マンドレルミルでは、短いマンドレ ルバ一を使用して長尺の仕上管を延伸圧延するため、摩擦係数の低減が必須となり 、従来の潤滑剤ではマンドレルバ一への負担が大きくなり、焼付きが発生し易く内面 品質の低下を招くことになる。
[0006] このため、 特開 2002— 338984号公報では、粉体時の性質を良好にし、中空素 管の内面に塗布する際に所定の加工位置に均一に塗布できるようにし、中空素管と マンドレルバ一との摩擦の軽減を図ることができるように、主成分として硼酸ナトリウム の 5水塩、および補助潤滑剤として炭酸ナトリウム等を含有した熱間粉体潤滑剤組成 物が提案されている。
上記公報で提案の粉体潤滑剤を用いてマンドレルミル圧延を行うと、取り扱 、易く 作業性に優れるだけでなぐ圧延時の中空素管とマンドレルバ一との摩擦を大幅に 低減できることから、仕上製品管に発生する内面疵を低減することができる。
[0007] 一方、 Crめっきを施したマンドレルバ一の表層は、通常は酸化クロムで覆われ、不 働態化して 、て腐食し難 、状態になって 、るが、高温にお!、て硼酸ナトリウム等のよ うに酸化金属を溶融する物質と接触すると、 Crめっき表面の酸化クロムが溶融し、一 種の腐食摩耗を引き起こすことがある。
[0008] このため、特開 2002— 338985号公報では、硼酸ナトリウム等を含有する組成で あるが、マンドレルバ一表層の Cr層の腐食損耗を抑制でき、工具寿命を延長するこ とができる熱間粉体潤滑剤組成物を提案して 、る。この粉体潤滑剤を用いてマンドレ ルミル圧延を行うと、 Crめっき表面の腐食摩耗を抑制し、熱間工具の寿命延長が図 れるだけでなぐ安定した仕上製品管の内面品質を確保することができる。
発明の開示
[0009] 前記公報（特開 2002— 338984号および特開 2002— 338985号)で提案された 熱間粉体潤滑剤組成物を用いれば、基本構成が主成分として硼酸ナトリウムおよび 補助潤滑剤として炭酸ナトリウムの配合力もなり、マンドレルミル圧延において、 1000 〜1300°Cといった高温の中空素管の加工面に付着した場合に、瞬時に溶融して加 工面に発生したスケールを融解しながら液体状になってカ卩工面に広がる。このとき、 延伸圧延にともなう中空素管の回転によって、より一層均一に拡散させることになり、 潤滑性能を損なうことなぐ安定して内面疵の発生がない仕上製品管を得ることがで きる。
[0010] ところが、上記粉体潤滑剤組成物を用いてマンドレルミル圧延を行うと、圧延直後 には存在しないが、仕上製品管を保管するのにともなって、管内面に吹き出したよう な粒状、または浸み出した層状の白い付着物（以下、「白色スケール」という）が発生 することがある。
かかる白色スケールは、製品としての性能に影響を与えることがないが、外観の見 栄えが低下することになる。そのため、管内面にショットブラストを施して、白色スケー ルを除去する必要が生じることがあるが、この場合には、煩雑な処理工数と多大な処 理費用を要することになる。
[0011] 本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、マンドレルミル圧延による 継目無管の製造に際し、仕上製品管の内面に発生する白色スケールを抑制し、同 時に圧延時の潤滑性能を確保し、マンドレルバ一の寿命延長および内面疵の発生 を低減できる、熱間粉体潤滑剤組成物およびこれを用いた継目無管の製造方法を 提供することを目的としている。
[0012] 本発明者らは、上記の課題を解決するため、マンドレルミル圧延後の仕上製品管 の内面に発生する白色スケールの原因を詳細に調査した。前述の通り、白色スケー ルは、圧延直後には存在しないが、仕上製品管の保管にともなって発生する。また、 白色スケールを発生し易 、粉体潤滑剤組成物は、主成分として硼酸ナトリウム (Na
2
B O )を配合し、および補助潤滑剤の炭酸ナトリウム (Na CO )を含有する組成であ
4 7 2 3
る。
[0013] マンドレルミル圧延直後には、高温の中空素管の加工面に付着した粉体潤滑剤組 成物はスケールと反応し、溶融した硼酸ナトリウム (Na B O )、および過剰に投与さ
2 4 7
れた硼酸ナトリウム (Na B O )とが混在した状態となり、アモルファスとして固化する
2 4 7
。その後、このアモルファスが吸湿および乾燥を繰り返すことにより、 Na B O · 5Η
2 4 7 2 οとして結晶化し白色スケールを形成する。 [0014] 上記の白色スケールの発生メカニズムの裏付けとして、補助潤滑剤の炭酸ナトリウ ム (Na CO )を含有すると白色スケールの発生が顕著になることが確認された。この
2 3
現象は、下記（1)式に示す反応によって説明することができる。
Na B O +Na CO→4-NaBO +CO
2 4 7 2 3 2 2 … (1)
[0015] 図 1は、上記（1)式の Gibbs自由エネルギーを計算した結果を示す図であり、硼酸 ナトリウム (Na B O )の炭酸ナトリウム (Na CO )による結晶化の反応温度域を示し
2 4 7 2 3
、 A G>0の条件で反応が右に進むことを示している。
図 1に示す結果から、約 350°C以上の温度域、すなわち、マンドレルミル圧延直後 には、上記（1)式の反応が右に進むことから、 NaBO
2が生成する。表 1に、硼酸塩の 溶解度を示す。
[0016] [表 1]
Figure imgf000006_0001
[0017] 表 1に示すように、圧延直後に生成した NaBOは、 Na B Oに比べ、より溶解度が
2 2 4 7
高いため、吸湿し易く乾燥を繰り返すことにより結晶化する。その後、仕上製品管によ る室温での保管にともない、上記（1)式の反応が左に進むことから、最終的には管内 面には Na B O · 5Η Οの形態で白色スケールが形成される。
2 4 7 2
[0018] 上記の検討結果に基づき、本発明者らは、炭酸ナトリウム (Na CO
2 3 )に替わる補助 潤滑剤を種々検討した結果、補助潤滑剤として優れた高温流動性を具備し、十分な 潤滑性能を発揮することができる炭酸カルシウム (CaCO )および炭酸リチウム (Li C o )に着目した。
3
[0019] すなわち、炭酸カルシウム (CaCO )は、補助潤滑剤として炭酸ナトリウム (Na CO
3 2 3
)と同様に主潤滑剤の粘性を低下させることができ、同等の潤滑性能を発揮すること ができる力 水 100mlへの溶解度が 1. 4mg (25°C)および 1. 8mg (75°C)と小さい
[0020] また、炭酸リチウム (Li CO )も、補助潤滑剤として炭酸ナトリウム (Na CO )と同様
2 3 2 3 に主潤滑剤の粘性を低下させることができ、同等の潤滑性能を発揮することができる 力 水 100mlへの溶解度が 1. 54g (0°C)および 0. 73g (100°C)と低い値を示して いる。したがって、炭酸カルシウム（CaCO )および
3 Zまたは炭酸リチウム (Li CO )
2 3 を補助潤滑剤として用いることによって、マンドレルミル圧延後に吸湿、乾燥、そして 結晶化にともなう白色スケールの発生を回避することができる。
[0021] 本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（1)の熱間粉体潤 滑剤組成物、および (2)の継目無管の製造方法を要旨として 、る。
(1)熱間加工に用いる潤滑剤組成物であって、硼酸ナトリウムの無水塩、 5水塩また は 10水塩のいずれか一種または二種以上を 40〜90質量％、炭酸カルシウムまたは 炭酸リチウムの 、ずれか一種または二種を 5〜30質量％、および脂肪酸の Na塩ま たは Ca塩のいずれか一種または二種を 5〜30質量％で混合してなることを特徴とす る熱間粉体潤滑剤組成物である。
上記硼酸ナトリウムとして、その 5水塩の配合を高め、 40〜90質量％で混合するの が望ましい。
[0022] (2)上記（1)の熱間粉体潤滑剤組成物を、所定の熱間加工温度に加熱された被カロ 工材の加工表面に付着させた後、マンドレルミル圧延を行うことを特徴とする継目無 管の製造方法である。所定の熱間加工温度として、中空素管の内面温度で 1000〜 1300°Cとすること力 Sでさる。
[0023] 本発明の熱間粉体潤滑剤組成物によれば、補助潤滑剤として炭酸カルシウムを混 合することで、製管工程後にアモルファスとして固化した硼酸ナトリウム (Na B O )の
2 4 7 吸湿、乾燥および結晶化を防止し、仕上製品管の内面に Na B O · 5Η Οの形成で
2 4 7 2
発現するのを抑制し、白色スケールの発生をなくすことができる。 これと同時に、粉体時の固化性および流動性が良好であり、被加工材の加工面へ の拡散性に優れ、マンドレルミル圧延時の潤滑性能を維持でき、マンドレルバ一と管 内面での摩擦係数の低減が図れるので、マンドレルバ一の寿命を延長でき、また管 内面疵の発生も低減できる。
図面の簡単な説明
[0024] 図 1は、 Gibbs自由エネルギーから計算した、硼酸ナトリウム（Na B O )の炭酸ナト
2 4 7
リウム (Na CO )による結晶化の反応温度域を示す図である。
2 3
発明を実施するための最良の形態
[0025] 本発明の熱間粉体潤滑剤組成物は、補助潤滑剤として炭酸カルシウムまたは炭酸 リチウムを混合することで、マンドレルミル圧延での潤滑性能を確保できるとともに、製 管工程後の仕上製品管の内面に発生する白色スケールを防止することができる。
[0026] したがって、本発明の熱間粉体潤滑剤組成物では、熱間加工に用いる潤滑剤組成 物であって、硼酸ナトリウムの無水塩、 5水塩または 10水塩のいずれか一種または二 種以上を 40〜90質量％、炭酸カルシウムまたは炭酸リチウムの 、ずれか一種または 二種の配合量を 5〜30質量％、および脂肪酸の Na塩または Ca塩の!/、ずれか一種 または二種を 5〜30質量％で混合してなることを特徴としている。
[0027] 本発明にお 、て、硼酸ナトリウムは流体潤滑性とスケール溶解性を確保するために 配合する潤滑剤の主成分であり、その無水塩、 5水塩または 10水塩のいずれか一種 または二種以上を 40〜90質量％で混合させて用いることが必要である。
すなわち、 40質量％未満では、その他の有効成分を多く混合しすぎることから粘性 が低くなり、結果的に潤滑性能が劣化する。また、 90質量％を超えると、その他の成 分が少なくなり過ぎることになり、摩擦係数を軽減できなくなるばかりか、粉体時の性 質が低下することになる。硼酸ナトリウムの混合比は、さらに望ましくは 50〜80質量 %である。
[0028] 本発明で規定する硼酸ナトリウム塩のうち、無水塩は結晶水を含有していないので 、高温の被加工材に付着したときに全く発泡しないことから、塗布の均一性が十分に 確保できないおそれがある。また、 10水塩は多く結晶水を含んでいることから、発泡 しすぎて投入時の風圧により所定の位置に十分に付着させることが難しくなり、また 結晶水の放水により硼酸ナトリウム自身が溶解し凝縮することがある。
[0029] これに対し、硼酸ナトリウムの 5水塩は、適正な結晶水を含んで!/、ることから、発泡 不良や結晶水の放水による凝縮の懸念がなぐ粉体時の性質 (貯蔵時の固化性、搬 送時の流動性等)が良好であるとともに、塗布時における拡散性をも保つ効果が大き いことから、多く混合するか、単独で混合するのが望ましい。
[0030] 上述した硼酸ナトリウムは、流体潤滑性やスケール溶解性などで被加工材との反応 性が良好で潤滑性は得られるが、溶融液の粘性が比較的高くなる。このため、補助 潤滑剤として炭酸カルシウムまたは Zおよび炭酸リチウムを配合することにより、潤滑 剤の粘性を低くし、加工面に均一に拡散することができ、全面に亘り潤滑性を確保で きる。また、加工面に疵の原因となるスケールが発生しているときは、スケールをも素 早く溶融する作用を発揮することができる。
[0031] さらに、炭酸カルシウムおよび炭酸リチウムは水への溶解度が小さいことから、マン ドレルミル圧延後の仕上製品管の内面に残留する潤滑主成分の吸湿を防ぎ、乾燥 および結晶化に結ぶつく反応を阻止し、白色スケールの発生を防止することができる し力しながら、炭酸カルシウムまたは Zおよび炭酸リチウムの配合が 5質量％未満 では、粘性を低くすることができず、加工全面に亘る均一な潤滑性を確保することが できない。一方、 30質量％を超えた場合には、粘性が低くなりすぎて結果的に潤滑 性が悪化する。
[0032] そこで、本発明では、補助潤滑剤として炭酸カルシウムまたは炭酸リチウムの 、ず れか一種または二種の配合量を 5〜30質量％とし、望ましくは 10〜20質量％とする 。炭酸カルシウムは、炭酸リチウムに比べ安価であることから、補助潤滑剤として単独 で使用し、または配合比を増加させるのが望ましい。
[0033] 脂肪酸の Naおよび Ca塩は、粉体時の潤滑剤の良好な性質を保持するために必須 である。しかし、その配合が 5質量％未満では、搬送時に配管中でスムーズに移送さ れず、搬送機械に負担がかかりトラブルの原因となる。また、 30質量％を超えた場合 には、高温の被加工材に投入された時、瞬時に燃焼し、その燃焼ガスにより粉体潤 滑剤自身が拡散しすぎて被加工材の外に排出され、結果的に付着量が少なくなり、 潤滑性が悪ィ匕するば力りでなぐ不経済である。そこで、本発明では、脂肪酸の Naお よび Ca塩の配合は、 5〜30質量％とし、さらに望ましくは 8〜20質量％とした。
[0034] 本発明で使用可能な脂肪酸の Na塩または Ca塩としては、ステアリン酸、パルミチ ン酸等の飽和脂肪酸の塩、または、天然の植物油脂から得られる脂肪酸、例えばパ ーム油脂肪酸、パーム核油の脂肪酸及び動物油脂力 得られる脂肪酸、例えば、牛 脂脂肪酸等の塩がある。
[0035] 本発明の熱間粉体潤滑剤組成物を、所定の熱間加工温度に加熱された被加工材 の加工表面に付着させることによって、マンドレルミル圧延の際に、ステンレス鋼や高 合金鋼を圧延する場合であっても、マンドレルバ一と管内面での摩擦係数の低減を 図ることができ、潤滑性能を維持することができる。さらに、製管工程後に長期保管す る場合であっても、仕上製品管の内面に白色スケールが発生することがない。
実施例
[0036] 本発明の熱間粉体潤滑剤組成物が発揮する効果を、電気炉を用いた評価と実機 操業による評価に基づいて説明する。
(実施例 1)
電気炉を用いて、潤滑性能 (高温時の流動性)と白色スケールの発生状況との評 価試験を実施した。表 2に、試験に供試した潤滑剤の組成を示す。また、供試した潤 滑剤の成分条件は次の通りとした。
[0037] 硼酸ナトリウム無水塩：平均粒径約 0. 6mm、純度 98%以上
硼酸ナトリウム 5水塩：平均粒径約 0. 4mm、純度 98%以上
硼酸ナトリウム 10水塩：平均粒径約 0. 3mm、純度 98%以上
炭酸カルシウム：平均粒径約 0. lmm,純度約 98%
炭酸ナトリウム：平均粒径約 0. 3mm,純度約 99%
脂肪酸の Na塩 (牛脂脂肪酸の Na塩）：平均粒径約 0. 3mm,純度約 95% 脂肪酸の Ca塩 (ステアリン酸の Ca塩）：平均粒径約 0. 4mm、純度約 97% [0038] [表 2] ^«/*Miψ* (^0 a 0 δ-- .。。
Figure imgf000011_0001
評価試験は、 1000°Cに設定した電気炉 (N2雰囲気）を用い、 150mm X 150mm X 5mmの試片を 7° 傾斜させた装入し 10分間加熱した後、各試片上に本発明例 1 8と比較例 1 3の供試潤滑剤を投入し、 3分間保持した後電気炉より取り出し、放 冷後に潤滑性 (流動性)を観察した。
[0040] 潤滑性の評価は、非常に良く拡散したものを◎、拡散したものを〇、拡散が少ない ものを△、拡散しな力つたもの、又は、非常に小さいものを Xとした。
白色スケールの発生状況は、 30日間放置し、白色スケールの発生がないものを〇 、白色スケールの発生が観察されたものを Xとした。
[0041] 表 2に示すように、本発明で規定する配合を満足する本発明例 1〜8では、いずれ の供試潤滑剤であっても、潤滑性能および白色スケールの発生状況は良好であった これに対し、比較例 1、 2では補助潤滑剤である炭酸カルシウムの配合が少ない、ま たは配合されていないため、潤滑性能は不良であった。さらに、比較例 3では、炭酸 ナトリウムの配合があつたため、放置期間中に吸湿、結晶化が行われ白色スケール の発生が観察された。
[0042] (実施例 2)
実施例 2では、補助潤滑剤として炭酸カルシウムに替えて、炭酸リチウムを用いて、 実施例 1と同様の潤滑性能 (高温時の流動性)と白色スケールの発生状況との評価 試験を実施した。このときに供試した潤滑剤の組成を表 3に示す。ただし、炭酸カル シゥムの平均粒径約 0. lmm,純度約 99%とし、他の供試剤の成分条件は実施例 1 の場合と同様とし、潤滑性の評価試験および白色スケールの発生状況を観察した。
[0043] [表 3]
^蚰 ¾ (鹧鉍 ¾お。 ΰ： .。
Figure imgf000013_0001
表 3: すように、本発明で規定する配合を満足する本発明例 9 16では、いずれ の供，潤滑剤であっても、潤滑性能および白色スケールの発生状況は良好であった 。これ；こ対し、比較例 4では補助潤滑剤である炭酸リチウムの配合が少ないため、潤 滑性能は不良であった。
[0045] (実施例 3)
圧延装置として 5スタンドフルリトラタトマンドレルミルを用いて、実機操業での摩擦 係数および白色スケールの発生状況の評価を行った。供試した潤滑剤の成分条件 は、（実施例 2)の場合と同様とし、供試潤滑剤の組成を表 4に示す。
[0046] [表 4]
Figure imgf000015_0001
被圧延材は普通鋼とし、 5スタンドフルリトラタトマンドレルミル圧延に際し、圧延前の ホロ シェル寸法は外径 330mm、肉厚 18mmおよび長さ 7000mmで、圧延前温 度は 1150°Cとした。使用したマンドレルバ一は外径 248mmおよび長さ 24000mm で、材質 SKD6、表面 Crめっき（厚さ 50 μ m)処理とし、マンドレルミル圧延後の仕上 管寸法が外径 258mm、肉厚 8mmおよび長さ 18300mmになるように延伸圧延した
[0048] 潤滑剤の噴射方法は、圧延前のホロ一シェルの片端より 1. 5kg/cm2Nキャリア
2 ガスの噴射で、噴射量 l lOOccを吹き込んだ。
マンドレルミル圧延時の摩擦係数は、マンドレルバ一のリテインド力を各スタンド荷 重の和で除した値で評価した。評価は、上記値が 0. 03未満のものを〇、 0. 03以上 のものを Xとした。
また、白色スケールの発生状況は、製管後 30日間放置し、白色スケールの発生が ないものを〇、白色スケールの発生が観察されたものを Xとした。
[0049] 表 4に示すように、本発明で規定する配合を満足する本発明例 17、 18では、摩擦 係数および白色スケールの発生状況は良好であった。これに対し、比較例 5では、炭 酸ナトリウムの配合があつたため、放置期間中に吸湿、乾燥および結晶化の反応が 行われ、白色スケールの発生が観察され、比較例 6では補助潤滑剤である炭酸カル シゥムまたは Zおよび炭酸リチウムの配合がなぐ摩擦係数が不良であった。
[0050] 引き続き、適正な熱間加工温度を確認するため、表 4に示す本発明例 17、 18を用 い、圧延前温度を変化させてマンドレルミル圧延を実施した。使用した被圧延材、マ ンドレルバ一、および圧延スケジュールは同様とした。その結果、熱間加工温度が 10 00〜 1300°Cの範囲では、摩擦係数および白色スケールの発生状況は良好である ことを確認できた。
産業上の利用の可能性
[0051] 本発明の熱間粉体潤滑剤組成物によれば、補助潤滑剤として炭酸カルシウムまた は炭酸リチウムを混合することで、製管工程後にアモルファスとして固化した硼酸ナト リウム (Na B O )の吸湿、乾燥および結晶化の反応を防止し、仕上製品管の内面に
2 4 7
Na B O · 5Η Οの形成で発現するのを抑制し、白色スケールの発生をなくすことが
2 4 7 2
できる。
これと同時に、粉体時の固化性および流動性が良好であり、被加工材の加工面へ の拡散性に優れ、マンドレルミル圧延時の潤滑性能を維持でき、マンドレルバ一と管 内面での摩擦係数の低減が図れるので、マンドレルバ一の寿命を延長でき、また管 内面疵の発生も低減できる。これらにより、マンドレルミル圧延による継目無管の製造 に最適な粉体潤滑剤として、広く採用される。

Claims

請求の範囲
[1] 熱間加工に用いる潤滑剤組成物であって、硼酸ナトリウムの無水塩、 5水塩または 10水塩の 、ずれか一種または二種以上を 40〜90質量％、炭酸カルシウムまたは炭 酸リチウムのいずれか一種または二種を 5〜30質量％、および脂肪酸の Na塩または Ca塩のいずれか一種または二種を 5〜30質量％で混合してなることを特徴とする熱 間粉体潤滑剤組成物。
[2] 前記硼酸ナトリウムとして、その 5水塩を 40〜90質量％で混合してなることを特徴と する請求項 1に記載の熱間粉体潤滑剤組成物。
[3] 請求項 1または 2に記載の熱間粉体潤滑剤組成物を、所定の熱間加工温度に加熱 された被加工材の加工表面に付着させた後、マンドレルミル圧延を行うことを特徴と する継目無管の製造方法。
[4] 前記熱間加工温度を 1000〜1300°Cとすることを特徴とする請求項 3に記載の継 目無管の製造方法。
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