(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の中に、平均粒径が３０μｍ以下の膨潤性を有する雲母を、水に対して１〜１０ｗｔ％分散している水溶液（以下「膨潤雲母水溶液」という）の中に、黒鉛及び／もしくは膨潤性を持たない雲母（以下「非膨潤性雲母」という）並びに潤滑ポリマー、又は黒鉛及び／もしくは非膨潤性雲母、潤滑ポリマー並びにリン酸カリウムが配合分散されてなる熱間圧延用潤滑剤。
【請求項２】
前記黒鉛及び／又は非膨潤性雲母の平均粒径が３０μｍ以下であり、その配合量が前記膨潤雲母水溶液に対して１〜１５ｗｔ％であり、前記潤滑ポリマーの平均粒径が３００μｍ以下であり、その配合量が膨潤雲母水溶液に対して１〜１５ｗｔ％である請求項１の熱間圧延用潤滑剤。
【請求項３】
前記リン酸カリウムの平均粒径が５０μｍ以下であり、その配合量が膨潤雲母水溶液に対して１〜１５ｗｔ％であり、かつ配合される黒鉛及び／もしくは非膨潤性雲母、潤滑ポリマー並びにリン酸カリウムの総配合量が膨潤雲母水溶液に対して３〜４０ｗｔ％である請求項２の熱間圧延用潤滑剤。
【請求項４】
請求項２又は３の熱間圧延用潤滑剤の中に付着性有機樹脂が前記膨潤雲母水溶液に対して１〜１０ｗｔ％配合されてなる熱間圧延用潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、薄板、厚板、条鋼、鋼管などの鉄鋼材料（普通鋼、極低炭鋼、ステンレス鋼など）を、熱間において圧延加工や穿孔加工などの塑性加工を行うときに用いられる潤滑剤に関するものであり、特に粉末状の固体潤滑剤を混合した熱間塑性加工用の潤滑剤に関するものである。特に加工摩擦面全体に潤滑を施す必要のある（全幅潤滑）工程において使用される潤滑剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間塑性加工を行うときに潤滑剤を用いる目的は、主として、加工工具と熱間加工鋼材の摩擦面で発生する焼付きを防止することと、加工工具の摩耗を低減することである。
【０００３】
摩耗は摩擦界面のせん断力による表面の微小破壊（アブレージョン、プラウイングなど）により進行するため、潤滑膜を部分的にでも摩擦界面に形成すると摩耗は軽減される。従って、熱間塑性加工用潤滑剤には、摩擦する材料の表面に働く摩擦せん断力を軽減する機能が求められている。
【０００４】
また、焼付きは、鋼材の表面品質に大きな影響を及ぼすため、完全に防止されることが望まれている。この焼付きは、熱間鋼材を塑性加工すると、表面積が増加することによって生成する新生面と加工工具が接触して金属凝着を起こして発生すると一般的に言われている。また、ステンレス鋼などの酸化しにくい金属の場合は、表面のスケール層が薄いため、新生面の発生が少ない軽負荷の加工でもスケール層が取り除かれて母材と加工工具が金属凝着を起こし焼付きに至る。従って、熱間塑性加工用潤滑剤には、この新生面や母材と加工工具の接触を防止する機能も求められている。
【０００５】
従来、こうした目的で使用されている熱間塑性加工用潤滑剤としては、鉱油、合成エステル、極圧添加剤などを１種類もしくは２種類以上混合した液体潤滑剤や、グリースなどが知られている（桜井俊男監修「潤滑の物理化学」幸書房  昭和５８年４月１５日発行、特開昭６３−３０９５９０号公報など）。しかしながら、熱間塑性加工工程では高温度にさらされるため、前記鉱油、合成エステルなどでは、摩擦面内で焼失もしくは変質して、摩擦界面全体にわたって十分な潤滑効果を発揮することが困難である。
【０００６】
このような苛酷な環境に耐え得る熱間塑性加工用の潤滑剤として、前記鉱油、合成エステルなどのような液体潤滑剤およびグリースなどに、黒鉛、珪酸塩、ＢＮ、酸化鉄、二硫化モリブデンなどのような粉末状の固体潤滑剤を混合したものが使用されるようになってきた（特開昭６３−２３０７９６号公報、特開昭６３−２５４１９５号公報）。また、液体潤滑剤やグリース以外にも、珪酸塩などの溶融無機化合物に黒鉛などの固体潤滑剤を混合した熱間潤滑剤も知られている（特開昭５５−１６１８９７号公報）。
【０００７】
一方、熱間塑性加工を行うプロセスは連続化されていないところが多いため、安定した生産を行うためには加工工具と加工鋼材との安定した咬込み性を維持する必要がある。また、形鋼などの圧延ではある程度の摩擦係数を維持しないと、製品寸法のバラツキが大きくなる場合がある。そのため、咬込み時の摩擦係数や摩擦界面における摩擦係数はできるだけ高く維持しながら加工を施すことが好ましい。つまり、熱間塑性加工に使用される潤滑剤は摩擦係数がある程度高くなければならない。
【０００８】
前述した液体潤滑剤をそのまま摩擦面もしくは加工工具に吹き付けると、摩擦係数が低下し安定した生産ができないため、実際にはウォーターインジェクション方式による供給方法を用いて、水に薄めて使用し、摩擦係数の低下を最小限に抑え、かつ加工工具の摩耗や焼付きを防止する機能を発揮させようとしているケースもある。グリースは水に薄めることができないため、使用する熱間塑性加工温度域において摩擦係数が高くなる固体潤滑剤を混合して、摩擦係数を低下させないようにして使用されている。珪酸塩の中に固体潤滑剤を混合した潤滑剤は、ほとんど流体潤滑状態にあるため、ガラスの粘性抵抗を高めることにより摩擦係数を高めている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来から用いられている鉱油、合成エステルの液体潤滑剤又はそれらに固体粉末を混合した液体潤滑剤では、摩擦係数の低下を防止するために、低い濃度に水で希釈されて摩擦面に供給されるため、十分な耐摩耗効果や耐焼付き効果を得ることができない。また、十分な耐摩耗効果や耐焼付き効果を得るために濃度を高めると摩擦係数が低下し、使用することができない。
【００１０】
一方、摩擦係数の低下を抑えるため、鉱油や合成エステルの代わりに水を用いて、その中に優れた耐摩耗効果や耐焼付き効果を有する粉末状の固体潤滑剤を添加した潤滑剤を調製しようとすると、粉末状の固体潤滑剤が水に均一に分散しないため、安定生産を行うプロセスでは使用できない。また、こうした粉末の分散性を高めるために樹脂のような界面活性剤を添加すると、界面活性剤が摩擦係数を低下させる働きを生じ、水を用いる利点が無くなる。珪酸塩に固体潤滑剤を混合した潤滑剤は、十分な潤滑効果を発揮するものの、製品に潤滑剤が付着し製品の表面品質を著しく悪くする。
【００１１】
本発明は、摩擦係数の低下を抑えるため、従来、分散媒として用いられている鉱油や合成エステルの代わりに水を用い、樹脂のような界面活性剤を使用しなくても、耐摩耗効果および耐焼付き効果に優れた固体粉末（固体潤滑剤）を均一に混合・分散した潤滑剤を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水の中に、平均粒径が３０μｍ以下の膨潤性を有する雲母を、水に対して１〜１０ｗｔ％分散している水溶液（以下「膨潤雲母水溶液」という）の中に、黒鉛及び／もしくは膨潤性を持たない雲母（以下「非膨潤性雲母」という）並びに潤滑ポリマー、又は黒鉛及び／もしくは非膨潤性雲母、潤滑ポリマー並びにリン酸カリウムが配合分散されてなる熱間圧延用潤滑剤である。又、加工工具に前記潤滑剤を噴射して摩擦面に供給する場合、必要に応じて、これに付着性有機樹脂が配合されたものも用いうる。
【００１３】
膨潤雲母水溶液は、摩擦係数が高く（高μ特性）、咬込みスリップや通板中の圧延安定性に優れた潤滑剤の基礎となる。又、この水溶液は、界面活性剤を添加しなくても、沈殿や凝集を引き起こすことなく、黒鉛や潤滑ポリマー等の固体潤滑剤（粉末）を均一に分散できるという驚くべき性質を持っていることが見出された。
【００１４】
従来、雲母は潤滑物質の一つとしてよく知られているものである（特公昭５４−１１６５６６号公報、特開昭５５−７１７９５号公報）。しかし、本発明は従来から知られているように雲母を潤滑剤として使用するのではなく、雲母の微粒子を界面活性剤的なものとして使用することにより、優れた耐摩耗性もしくは耐焼付き性を有する固体潤滑剤を水の中に均一に分散させるために用いることに特徴を有する。従って、本発明は、従来から知られている雲母をベースとした潤滑剤とは思想が全く異なるものである。また同時に、摩擦係数を低下させない水を用いることで、安定した加工を行うのに必要な界面摩擦力（摩擦係数）を確保しつつ、耐摩耗効果や耐焼付き効果を発揮する潤滑剤でもある。従来からある水ベースの潤滑剤に用いられている樹脂系の界面活性剤を使用していないため、摩擦係数の低下を招くこともない。
【００１５】
但し、平均粒径が３０μｍを越える膨潤性雲母を添加すると、固体潤滑剤を均一に分散しにくくなる。また、膨潤性雲母の添加量が１ｗｔ％未満では、十分な耐摩耗性や耐焼付き性を発揮させるのに必要な黒鉛、非膨潤性雲母、潤滑ポリマー、リン酸カリウムなどの固体潤滑剤を均一に分散させることは難しい。また、１０ｗｔ％を越えると、膨潤性雲母がチキソトロピー性を呈しやすくなり、膨潤性雲母が結晶成長し、潤滑剤として使用するのに必要な流動性を失いやすくなる。
【００１６】
耐摩耗性を発揮させるには、黒鉛及び／又は非膨潤性雲母と潤滑ポリマーとを添加するとよい。潤滑ポリマーは分解開始温度が２５０℃以上のものがよい。分解開始温度が２５０℃より低いものは熱間加工摩擦面内で、潤滑皮膜を維持することは困難である。黒鉛及び／又は非膨潤性雲母と潤滑ポリマーとを添加するのは、潤滑ポリマーによって形成される潤滑皮膜を黒鉛及び／又は非膨潤性雲母が補強する働きをするためである。従って、黒鉛及び／又は非膨潤性雲母と潤滑ポリマーとはそれぞれ潤滑性雲母水溶液に対して１ｗｔ％以上共存すれば、少なくとも従来の鉱油系又はエステル系潤滑油と同等の耐摩耗性を発揮する。黒鉛及び／又は非膨潤性雲母と潤滑ポリマーとの配合重量比は１：１が望ましいが、１：１でなくても、従来の潤滑油と同等の性能は発揮できる。但し、黒鉛及び／又は非膨潤性雲母と潤滑ポリマーをそれぞれ膨潤雲母水溶液に対して１５ｗｔ％より多く添加しても耐摩耗効果はほとんど変化しないので、黒鉛及び／又は非膨潤性雲母と潤滑ポリマーの総添加量は膨潤雲母水溶液に対して３０ｗｔ％以下でよい。潤滑ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンスルフィド、ＡＢＳ樹脂、エチレン−４フッ化エチレン共重合体、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、キトサン、ポリエチレングリコール等の有機化合物などがある。
【００１７】
耐焼付き性を発揮させるには、黒鉛及び／又は非膨潤性雲母と潤滑ポリマーにリン酸カリウムを混合するとよい。本発明においてリン酸カリウムとは、リン酸又はその縮合物のカリウム塩、例えばＫ３  ＰＯ４  ，ＫＨ２  ＰＯ４  ，ＫＰＯ３  等をいう。摩耗を低減させるには、潤滑皮膜が摩擦界面を部分的に覆うだけでも効果を発揮するが、焼付きを防止するには摩擦界面を潤滑皮膜が完全に覆い尽くさなければならない。リン酸カリウムは熱間圧延温度域において溶融し、黒鉛や潤滑ポリマーで覆いきれない部分を被覆する効果がある。また、リン酸カリウムは熱間圧延温度域において雲母と反応して溶融潤滑皮膜を形成する。この溶融潤滑皮膜はさらに潤滑ポリマーによって形成される潤滑皮膜の付着性を高める接着効果を発揮するため、潤滑ポリマーの潤滑皮膜で覆いきれない部分を補うと同時に、潤滑ポリマーの潤滑性能を向上させる効果がある。リン酸カリウムの添加量は潤滑雲母水溶液に対して１〜１５ｗｔ％が好ましく、黒鉛や非膨潤性雲母や潤滑ポリマーと同量添加するのが望ましいが、同量でなくても潤滑皮膜を補う効果は十分に発揮される。但し、黒鉛及び／又は非潤滑性雲母、潤滑ポリマー、リン酸カリウムの総添加量が膨潤雲母水溶液に対して４０ｗｔ％を越えると、膨潤性雲母水溶液中に均一に分散することが困難になるため、４０ｗｔ％以下に総添加量は抑えることが望ましい。尚、この総和量の好ましい下限は、前記３つの成分の好ましい下限の合計量であり、膨潤雲母水溶液に対して３ｗｔ％である。
【００１８】
付着性有機樹脂は、熱間潤滑剤を加工工具に供給して用いるとき、工具との付着が悪いときに混合する。付着性有機樹脂を混合すると加工工具との付着性が改善され、黒鉛及び／又は非膨潤性雲母や潤滑ポリマーなどの固体潤滑剤が有している優れた耐摩耗性や耐焼付き性を効果的に発揮することが可能である。但し、添加量が１０ｗｔ％を越えると、膨潤雲母溶液のもつ高μ特性が失われていくので、１０ｗｔ％以下の添加におさえるのが望ましい。また、１ｗｔ％未満では、付着性を向上させる効果が不充分となる。付着性有機樹脂としては、スチレン／エチレン／ブタジエンブロック共重合物、ポリエチレン／ポリメチルメタクリレートブロック共重合物、無水マレイン酸グラフトポリプロピレン、スチレン／無水マレイン酸共重合物、エチレン／グリシジルメタクリレート共重合物、メチルセルロース、セルロース、でんぷん、さらに熱硬化型の樹脂等から選ばれ、それらのうち、水溶性をもつものが良い。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
２円筒型熱間転動摩耗試験機を用いて、本発明の具体例及び比較例の潤滑剤の摩擦係数、摩耗量および耐焼付き性を調査した。試験片の大きさは外径が８０ｍｍで厚さが１０ｍｍである。相手片は、外径が１６５ｍｍで厚みが１５ｍｍである。試験片は、高Ｃｒ鋳鉄ロール材を使用し、相手片にはＳ４５ＣおよびＳＵＳ４３０を使用した。そして、相手片を８５０℃、試験片を５００℃に加熱し、試験片速度を５００ｒｐｍ  、相手片の試験片との速度差を試験片の速度の１０％〜１００％と変化させて、本発明の潤滑剤および従来の潤滑剤を吹き付けながら、荷重を７０ｋｇｆ  かけて摩擦させた。使用した潤滑剤およびその結果を表１に示す。耐摩耗性は試験片の摩耗重量で、耐焼付き性は焼付き発生限界すべり率で評価した。評価の結果、本発明は、従来の熱間圧延用潤滑剤よりも摩擦係数が高く、耐摩耗性や耐焼付き性に優れた潤滑剤であることが判明した。
【００２０】
【表１】
0003607713.tif 000002
【００２１】
（実施例２）
黒鉛に代えて非膨潤性雲母を用いる他は実施例１と同様の実験を行なった。その結果を表２に示す。本例の潤滑剤も従来の熱間圧延用潤滑剤よりも優れた性能を示すことが判明した。
【００２２】
【表２】
0003607713.tif 000003
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、耐摩耗効果及び耐焼付き効果に優れ、かつ摩擦係数の高い熱間圧延用潤滑剤が提供される。