(57)【要約】【課題】耐焼き付き性と潤滑性に優れる引抜加工用潤滑剤および引抜加工方法並びに金属管の製造方法の提供。【解決手段】潤滑油１００質量部に対して、平均一次粒子径が５〜１００ｎｍのナノカーボンを0.01〜5.0質量部添加してなる引抜加工用潤滑剤とこれを用いた金属管の引抜加工方法および金属管の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油１００質量部に対して、平均一次粒子径が５〜１００ｎｍのナノカーボンを0.01〜5.0質量部添加してなる金属管の引抜加工用潤滑剤。
【請求項２】
ナノカーボンが、カーボンオニオン、カーボンナノチューブおよびフラーレンC60のうちの１種以上である、請求項１に記載の金属管の引抜加工用潤滑剤。
【請求項３】
潤滑油中に極圧添加剤を含有させてなる、請求項１または２に記載の金属管の引抜加工用潤滑剤。
【請求項４】
極圧添加剤が、硫黄分を２質量％以上含有する硫黄系極圧添加剤、塩素分を５質量％以上含有する塩素系極圧添加剤、カルシウム分を５質量％以上含有する有機カルシウム金属塩、リン分を２質量％以上含有するリン系極圧添加剤、Ｚｎ分を２質量％以上含有する有機亜鉛系極圧添加剤、および、Ｍｏ分を２質量％以上含有する有機モリブデン系極圧添加剤のうちの１種以上である、請求項３に記載の金属管の引抜加工用潤滑剤。
【請求項５】
極圧添加剤が、硫化油脂、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイド、塩素化エステル、塩素化油脂、炭素数１２以上の塩素化パラフィン、および、全塩基価が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のカルシウムスルフォネートのうちの１種以上である、請求項３に記載の金属管の引抜加工用潤滑剤。
【請求項６】
潤滑油は、４０℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ２/ｓであって、４０℃での粘度圧力係数が１５〜２２ＧＰａ−１である、請求項１から５までのいずれかに記載の金属管の引抜加工用潤滑剤。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれかに記載の引抜加工用潤滑剤を用いる金属管の引抜加工方法。
【請求項８】
請求項６に記載の引抜加工用潤滑剤を素管を挿入した高圧容器に充満させた後、当該潤滑剤を増圧機により４０〜１５０ＭＰａに昇圧し、前記素管をその内外面を強制潤滑した状態で引き抜く金属管の引抜加工方法。
【請求項９】
素管の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｆｅ：１５．０％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５０％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなる、請求項７または８に記載の金属管の引抜加工方法。
【請求項１０】
請求項７から９までのいずれかに記載の金属管の引抜加工方法により最終仕上げの引抜加工を行う、金属管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引抜加工用潤滑剤および引抜加工方法並びに金属管の製造方法に関する。詳しくは、金属管を引抜加工するための潤滑剤および引抜加工方法並びにこの潤滑剤を用いる金属管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属管の引抜加工では、被加工材である素管とダイスやプラグといった工具が接触して生ずる摩擦を低減させ、焼き付きや振動が発生するのを防止するために潤滑処理が施される。潤滑処理は、一般的に、素管の内外面に化成処理潤滑被膜を形成する方法や、素管の内外面に潤滑油を塗付して油潤滑被膜を形成する方法が用いられる。
【０００３】
しかし、小径長尺管を引抜加工により得る場合は素管も長尺であるので、素管に化成処理潤滑被膜を形成する際は、素管の内面まで充分に処理することに留意しなければならない。このため、その処理に多大の工数を要するとともに、使用する薬剤が比較的高価であり、作業コストが高くなるという面がある。また、ＣｒやＮｉの含有量の多い合金鋼の素管は化学反応性に乏しいため、化成処理潤滑被膜が形成されにくいことから、焼き付きが生じやすい。
【０００４】
そして、素管の内外面に油潤滑被膜を形成して引抜加工する方法でも、化成処理潤滑被膜を形成する方法と同様に、ＣｒやＮｉの含有量の多い高合金からなる金属管の引抜加工の場合には、その素管表面が不活性なため、その素管表面への潤滑油の吸着は起こりにくいし、潤滑油とその素管表面との反応も起こりにくいことから、焼き付きが生じやすい。
【０００５】
そこで、油潤滑被膜を形成して引抜加工する方法の一つとして、強制潤滑引抜法（高圧抽伸法とも言う。）が開発されている。引抜加工の安定化を図るとともに、引き抜いた金属管の表面の平滑性の向上に大きな効果を発揮することができる。
【０００６】
強制潤滑引抜法による金属管の引抜加工は、通常、以下の(i)〜(iii)に示す手順で行われる。
(i) 被加工材である素管を挿入した高圧容器に潤滑油を充満させた後、潤滑油を増圧機により昇圧する、
(ii) 昇圧された潤滑油が素管と高圧容器の開放端に密着するダイスおよび加工位置で固定されたプラグの間に潤滑油膜を形成する、
(iii) 形成された潤滑油膜により素管の内外面を強制潤滑した状態で、素管を引き抜いて工具により所定の寸法に仕上げ、金属管を得る。
【０００７】
このような強制潤滑引抜法に関し、例えば、特許文献１には、強制潤滑引抜装置として、内部に素管を装入した高圧容器内に高圧で潤滑油を充満し、この状態で素管を抽伸しながら高圧容器外へ引き出す装置が記載されている。また、特許文献２には、強制潤滑引抜法に関して、潤滑油の動粘度と粘度圧力係数を調整することによって、耐焼き付き性を向上させることが記載されている。
【０００８】
このような強制潤滑引抜法を用いると、素管の内外面に十分な潤滑油が供給できることから、難加工材の加工度を向上させ、もって金属管製品の表面の平滑性を向上させることができる。すなわち、減肉加工を伴う少なくとも最終の冷間加工を、高圧潤滑油による強制潤滑引抜とすることにより、得られる金属管で焼き付きが発生することなく、管軸方向の寸法変動を少なくすることができる。
【０００９】
一方、強制潤滑引抜法によらず、油潤滑被膜を形成して引抜加工する際に用いる潤滑油に関して、耐焼き付き性および潤滑性をより向上させたものが、提案されている。例えば、特許文献３には、高塩基性石油スルホネートと、リン酸エステルカルシウムや硫黄系油脂類等の極圧添加剤を、鉱物系基油に添加してなる潤滑剤が記載されている。また、特許文献４には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩を潤滑基油に添加してなる潤滑剤が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１−２０２３１３号公報
【特許文献２】国際公開２０１１／１５８４６４号明細書
【特許文献３】特開平８−３４９８８号公報
【特許文献４】特開２００６−１８２８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の潤滑剤や強制潤滑引抜法を用いても、焼き付きが発生する場合がある。また、Ｎｉ基合金からなる素管に引抜加工を施す場合、プラグと素管の間に生じる摩擦に起因して振動が発生する場合がある。さらに、素管の内面に潤滑油が封じ込まれて凹部が形成され、オイルピットと呼ばれる欠陥が発生し、そのために引抜加工後の金属管の内面粗度が低下する場合がある。
【００１２】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、従来よりも各段に優れた耐焼き付き性と潤滑性を有する引抜加工用潤滑剤および引抜加工方法並びに金属管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記目的を達成するため、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、下記(a)〜(h)に示す知見を得た。
【００１４】
(a) 潤滑油を用いて引抜加工する際に、引抜加工時の加工工具と素管表面との摩擦抵抗を下げるためには、潤滑油との親和性が高いカーボンを潤滑油中に添加すればよい。このようなカーボンを潤滑油に添加してなる潤滑剤を用いると、加工工具が高面圧で素管表面と接触するときであっても接触面に潤滑油膜が形成され、かつ潤滑油膜中にカーボンが介在することによって、厳しい引抜加工においても焼き付きを防止することができる。このようなカーボンを潤滑油に添加してなる潤滑剤であれば、それ自体で引き抜き加工時の耐焼き付き性と潤滑性に優れた油潤滑被膜を形成することが可能となる。もちろん、強制潤滑引抜法の潤滑油の一種として用いることができる。
【００１５】
(b)金属管の厳しい引抜加工においても焼き付きを生じさせないためには、加工工具と素管表面との接触面を、潤滑油膜が完全にカバーするとともに、その潤滑油膜の中にカーボンが広範囲に分散した状態で存在するのがよい。したがって、潤滑油膜の中のカーボンの個数を多くすればよい。そして、厳しい引抜加工においても潤滑油膜が膜切れを起こすことがないように、潤滑油１００質量部に対してカーボンを０．０１〜５質量部添加するのがよい。
【００１６】
(c) 加工工具と素管表面との塑性接触においては、固体表面には粗さやうねりが存在するため、平面同士の接触であっても、図１に示すような突起同士の接触となる。ここで、図１(a)は凹凸表面同士の接触の模式図であり、図１(b)はその接触部の拡大図であり、そこでの弾性変形と塑性変形を示す。このとき、真実接触面積は見かけの接触面積に比して非常に小さくなる。Bowden-Taborの軟鋼板での摩擦実験データによれば、真実接触面積は見かけの接触面積の１／１００００００〜１／４００００となるとの報告がされている（”The Friction and Lubrication of Solids”, F. P. Bowden, D. Tabor,
Oxford University Press, Oxford, Paperback edition, 2001, Oxford Classic Texts
in the Physical Sciences.）。
【００１７】
そして、この真実接触点の間隔は非常に狭いから、潤滑油膜の中のカーボンのサイズは小さい方が真実接触点の間に入り込みやすい。そして、小さいサイズのカーボンであれば、潤滑油膜の中のカーボンの含有量はそのままでも、潤滑油膜の中のカーボンの個数を多くすることができるので、真実接触点にカーボンが存在する確率が大きくなる。
【００１８】
(d) 潤滑油に添加する小サイズのカーボンとしては、平均一次粒子径が５〜１００ｎｍのナノカーボンが好ましい。ナノカーボンは、単位重量当たりの粒子数が非常に多く、たとえば直径５ｎｍのナノカーボンでは、１ｇ当たりの粒子数は５．７５×１０１８個にもなる。そして、図２(a)に見るごとく、ナノスペーサー潤滑効果によって、この直径５ｎｍのナノ粒子を潤滑油中に０．０１容積％添加しただけでも、荷重２ｋｇｆのときの１つの真実接触点には平均１９０００個のナノ粒子でカバーされる。これに対して、図２(b)に見るごとく、直径１μｍのミクロカーボンの場合には、１つの真実接触点におけるミクロカーボン数は平均０．３６個となり、カーボンの不存在確率が６４％にもなる。
【００１９】
(e) ナノカーボンとしては、図３に示すものを挙げることができる。ここで、図３(a)はグラフェン構造膜（１層のものと多層のものの両方がある）からなる筒形状のカーボンナノチューブ（平均一次粒子径５〜１００ｎｍ）、図３(b)はグラフェン構造膜からなる中空球形状のフラーレンＣ６０(平均一次粒子径１０〜３０ｎｍ)、図３(c)はグラフェン構造膜からなる中空球形状のフラーレンが玉葱状に積層された中実球形状のカーボンオニオン（ＯＬＣ：Onion like carbonともいう。平均一次粒子径は５〜６０ｎｍである。）、それに、図３(d)はメソポーラス構造のアモルファス粒子からなる多孔質のナノポーラスカーボン（平均一次粒子径２０〜５０ｎｍ）である。本発明に係る潤滑剤に添加するナノカーボンとしては、グラフェン構造膜からなるナノカーボンが好ましく、そのうちでカーボンオニオンが特に好ましい。ここで、筒形状の場合の平均一次粒子径１０〜３０ｎｍとは、筒径および長さがともに１０〜３０ｎｍの範囲にあることを意味する。
【００２０】
(f) 以上のとおり、平均一次粒子径が５〜１００ｎｍのナノカーボンを、潤滑油１００質量部に対して０．０１〜５質量部添加してなる潤滑剤を用いると、ナノカーボンは金属管の素管表面に凝着することなく、摩擦界面に介在するので、耐焼き付け性が各段に向上する。なお、ナノカーボンはグラフェン構造であるから、摩擦による剪断で破壊されても層間すべりによる摩擦低減効果が発揮される。
【００２１】
また、カーボンは潤滑油中に広範囲に分散した状態で存在する必要があるが、潤滑油は主として炭素原子から構成されるから、カーボンは分散媒としての潤滑油との界面エネルギーが小さいことから、潤滑油中で凝集しにくい。これは、２酸化ケイ素（ＳｉＯ２）粒子を潤滑油中に分散させるときに、潤滑油との界面エネルギーが大きいために凝集しやすいこととは対照的である。特に、ナノカーボンはその粒径が小さいことから、ナノカーボンは潤滑油中で良好な分散性を有している。よって、ナノカーボンは金属素管の表面の摩擦界面においても広範囲に分散した状態で存在することができる。
【００２２】
(g) 上記のナノカーボンを潤滑油に添加してなる潤滑剤を用いると、局部的に面圧が高くなったり、温度が上昇したりしても、ナノカーボンにより、耐焼き付け性が向上する。したがって、上記のナノカーボンを潤滑油中に添加してなる潤滑剤は、その粘度と高圧粘度特性を調整することで、強制潤滑引抜法に用いることができる。強制潤滑引抜法に適用する場合には、40℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ２/ｓであって、４０℃での粘度圧力係数が１５〜２２ＧＰａ−１である潤滑油に、ナノカーボンを添加した潤滑剤とするのが好ましい。そして、このときの潤滑剤の圧力は４０〜１５０Ｍｐａに昇圧するのが好ましい。
【００２３】
なお、粘度圧力係数とは、高圧下での動粘度である高圧粘度を、常圧での動粘度である常圧粘度および高圧粘度を算出する圧力から算出する下記(1)式に用いられる係数である。
η＝η０ｅｘｐ（αＰ） ・・・(1)
ここで、ηは４０℃での高圧粘度（ｍｍ２／ｓ）、η０は４０℃での常圧粘度（ｍｍ２／ｓ）、αは粘度圧力係数（ＧＰａ−１）、Ｐは高圧粘度ηを算出する圧力（ＧＰａ）とする。
【００２４】
(h) また、上記のナノカーボンを添加する潤滑油には、極圧添加剤を含有させることができる。極圧添加剤の含有量は、好ましくは５％以上、さらに好ましくは１０％以上である。極圧添加剤を含有させた潤滑油にナノカーボンを添加すると、図４にみるごとく、摩擦面に、数ｎｍ〜数十ｎｍの厚みの軟質の鉄化合物（ＦｅＳ、ＦｅＰ、ＦｅＣｌ等）の境涯潤滑被膜が形成され、この被膜中に硬質のナノカーボンが分散するように埋め込まれることから、潤滑性と耐焼き付き性が一段と向上することになる。極圧添加剤としては、硫黄分を2質量％以上含有する硫黄系極圧添加剤、塩素分を5質量％以上含有する塩素系極圧添加剤、カルシウム分を5質量％以上含有する有機カルシウム金属塩、リン分を2質量％以上含有するリン系極圧添加剤、Ｚｎ分を2質量％以上含有する有機亜鉛系極圧添加剤およびＭｏ分を2質量％以上含有する有機モリブデン系極圧添加剤のうちの１種または２種以上を用いることができる。このうち、硫黄系極圧添加剤としては、硫化油脂、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイドが好ましい。塩素系極圧添加剤としては、塩素化エステル、塩素化油脂、炭素数12以上の塩素化パラフィンが好ましい。有機カルシウム金属塩としては、全塩基価が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のカルシウムスルフォネートが好ましい。なお、塩素系潤滑油はその一部で発癌性が認められ、また焼却時のダイオキシン発生の懸念など、人体の健康面および地球環境面での問題点が指摘されていることから、塩素系極圧添加剤を含有する潤滑油もまた健康面および地球環境面での問題点があるので、塩素系極圧添加剤の使用を避け、塩素フリーの潤滑油とするのが好ましい。
【００２５】
上記のナノカーボンを分散させるのに、分散剤及び分散機を用いることができる。分散剤は一般的に使用されている分散剤を用いることができる。すなわち、ポリカルボン酸系、ポリエステル系、コハク酸イミド系、アクリル系、アミン系、スルフォネート系、サリシレート系である。好ましい分散剤は、コハク酸イミド系、アミン系であり、さらに好ましい分散剤は、ポリブテニルコハク酸イミド、ベンジルアミンである。分散剤の添加量としては、ナノカーボンと分散剤の比が質量比で１：１０〜１０：１であり、好ましくは１：５〜５：１である。ナノカーボンと分散剤の比が大きすぎても小さすぎても凝集しやすくなる。分散機としては一般に使用されている分散機を用いることができる。好ましい分散機としてはビーズミルである。
【００２６】
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、次の(1)〜(10)に示すとおりである。
【００２７】
(1)潤滑油１００質量部に対して、平均一次粒子径が５〜１００ｎｍのナノカーボンを0.01〜5.0質量部添加してなる金属管の引抜加工用潤滑剤。
【００２８】
(2) ナノカーボンが、カーボンオニオン、カーボンナノチューブおよびフラーレンC60のうちの１種以上である、上記(1)の金属管の引抜加工用潤滑剤。
【００２９】
(3) 潤滑油中に極圧添加剤を含有させてなる、上記(1)または(2)の金属管の引抜加工用潤滑剤。
【００３０】
(4) 極圧添加剤が、硫黄分を２質量％以上含有する硫黄系極圧添加剤、塩素分を５質量％以上含有する塩素系極圧添加剤、カルシウム分を５質量％以上含有する有機カルシウム金属塩、リン分を２質量％以上含有するリン系極圧添加剤、Ｚｎ分を２質量％以上含有する有機亜鉛系極圧添加剤、および、Ｍｏ分を２質量％以上含有する有機モリブデン系極圧添加剤のうちの１種以上である、上記(3)の金属管の引抜加工用潤滑剤。
【００３１】
(5) 極圧添加剤が、硫化油脂、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイド、塩素化エステル、塩素化油脂、炭素数１２以上の塩素化パラフィン、および、全塩基価が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のカルシウムスルフォネートのうちの１種以上である、上記(3)の金属管の引抜加工用潤滑剤。
【００３２】
(6) 潤滑油は、４０℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ２/ｓであって、４０℃での粘度圧力係数が１５〜２２ＧＰａ−１である、上記(1)〜(5)のいずれかの金属管の引抜加工用潤滑剤。
【００３３】
(7) 上記(1)〜(6)のいずれかの引抜加工用潤滑剤を用いる金属管の引抜加工方法。
【００３４】
(8) 上記(6)の引抜加工用潤滑剤を素管を挿入した高圧容器に充満させた後、当該潤滑剤を増圧機により４０〜１５０ＭＰａに昇圧し、前記素管をその内外面を強制潤滑した状態で引き抜く金属管の引抜加工方法。
【００３５】
(9) 素管の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｆｅ：１５．０％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５０％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなる、上記(7)または(8)の金属管の引抜加工方法。
【００３６】
(10) 上記(7)〜(9)のいずれかの金属管の引抜加工方法により最終仕上げの引抜加工を行う金属管の製造方法。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の引抜加工用潤滑剤は、従来よりも各段に優れた耐焼き付き性と潤滑性を有しており、引抜加工により表面性状に優れた金属管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】加工工具と素管表面との塑性接触を示す。(a)が凹凸表面同士の接触の模式図であり、(b)が接触部での弾性変形と塑性変形を示す。
【図２】真実接触点でのナノカーボンとミクロカーボンの挙動を示す。
【図３】ナノカーボンを例示する。(a)がカーボンナノチューブ、(b)がフラーレンＣ６０、(c)がカーボンオニオン、そして、(d)がナノポーラスカーボンである。
【図４】極圧添加剤とナノカーボンから形成される境界潤滑被膜の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明に係る引抜加工用潤滑剤および引抜加工方法並びに金属管の製造方法について説明する。
【００４０】
［引抜加工用潤滑剤の組成］
本発明に係る引抜加工用潤滑剤は、潤滑油１００質量部に対して、平均一次粒子径が５〜１００ｎｍのナノカーボンを０．０１〜５．０質量部添加したものである。
【００４１】
本発明に係る潤滑油としては、鉱油、合成油、油脂および合成エステルのうちの１種または２種以上の混合物を挙げることができる。具体例としては、スピンドル油、マシン油、ダイナモ油、モーター油、シリンダー油、ブライトストック油等の中質及び重質鉱油；牛脂、ラード、鯨油、パーム油、椰子油、菜種油、米ぬか油、大豆油等の動植物油脂；８〜22個の炭素原子を有する脂肪酸と１価及び多価アルコールのエステル、α−オレフィン、ポリブテン、シリコーン油、フッ素油等の合成油；及びこれらの混合油を挙げることができる。
【００４２】
潤滑油に添加するナノカーボンの平均一次粒子径は、５〜１００ｎｍとする。平均一次粒子径が５ｎｍを下回ると粒子の凝集が著しく、実質的な個数が少なくなり、十分に真実接触点をカバーできず、結果的に焼きつきを生じることがある。一方、１００ｎｍを上回ると添加されるナノカーボンの単位重量当たりの個数が不足し、十分に真実接触点をカバーできず、結果的に焼きつきを生じることがある。したがって、潤滑油に添加するナノカーボンの平均一次粒子径は５〜１００ｎｍとする。
【００４３】
潤滑油に添加するナノカーボンの添加量は、潤滑油１００質量部に対して０．０１〜５．０質量部である。ナノカーボンの添加量が０．０１質量部を下回ると、添加されるナノカーボンの個数が不足し、十分に真実接触点をカバーできず、焼きつきを生じることがある。一方、５．０％を上回るとナノカーボン粒子の嵩密度が大きくなりすぎ、潤滑油の粘度が高くなり、摩擦海面への導入性が悪くなり、結果的に焼きつきを生じることがある。したがって、潤滑油に添加するナノカーボンの添加量は、潤滑油１００質量部に対して０．０１〜５．０質量部とする。
【００４４】
本発明に係る引抜加工用潤滑剤に用いる潤滑油は、極圧添加剤を含有させることができる。極圧添加剤を含有させた潤滑油にナノカーボンを添加すると、摩擦面に、数ｎｍ〜数十ｎｍの厚みの軟質の鉄化合物（ＦｅＳ、ＦｅＰ、ＦｅＣｌ等）の境界潤滑被膜が形成され、この被膜中に硬質のナノカーボンが分散するように埋め込まれることから、潤滑性と耐焼き付き性が一段と向上することになる。
【００４５】
上記の極圧添加剤は、具体例として以下のものを採用できる。
(a)硫黄分を２質量％以上含有する硫黄系極圧添加剤としては、硫化油脂、硫化エステル、硫化オレフィン、ポリサルファイド、チオカーボネート類、ジチアゾール類、ポリチアゾール類、チオール類、チオカルボン酸類、チオコール類、硫黄または（多）硫化ナトリウムを採用できる。本発明の金属管の引抜加工方法では、焼き付き防止効果の大きい、硫化油脂、硫化エステル、硫化オレフィンまたはポリサルファイドを用いるのが好ましい。
【００４６】
(b) 塩素分を５質量％以上含有する塩素系極圧添加剤としては、塩素化エステル、塩素化油脂、炭素数１２以上の塩素化パラフィン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルまたは塩化ビニリデン−アクリル共重合物を採用できる。本発明の金属管の引抜加工方法では、焼き付き防止効果の大きい、塩素化エステル、塩素化油脂、炭素数１２以上の塩素化パラフィン、または全塩基価が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のカルシウムスルフォネートを用いるのが好ましい。
【００４７】
ただし、塩素系潤滑油はその一部で発癌性が認められ、また焼却時のダイオキシン発生の懸念など、人体の健康面および地球環境面での問題点が指摘されていることから、塩素系極圧添加剤を含有する潤滑油もまた健康面および地球環境面での問題点があるので、塩素系極圧添加剤の使用を避け、塩素フリーの潤滑油とするのが好ましい。
【００４８】
(c) カルシウム分を５質量％以上含有する有機カルシウム金属塩としては、全塩基価が１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のカルシウムスルフォネート、カルシウムフェネート、カルシウムサリシレートまたはカルシウムカルボキシレートを採用できる。
【００４９】
(d) リン分を２質量％以上含有するリン系極圧添加剤としては、トリポリリン酸ナトリウム等の縮合リン酸塩、またはリン酸トリクレジル等の（亜）リン酸エステルを採用できる。
【００５０】
(e) Ｚｎ分を２質量％以上含有する有機亜鉛系極圧添加剤としては、ジアルキルジチオリン酸亜鉛またはジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛を採用できる。
【００５１】
(f) Ｍｏ分を２質量％以上含有する有機モリブデン系極圧添加剤としては、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン、またはジアルキルジチオリン酸モリブデンを採用できる。
【００５２】
［引抜加工用潤滑剤の動粘度と粘度圧力係数］
本発明に係る引抜加工用潤滑剤を強制潤滑引抜法に用いる場合は、40℃かつ常圧での動粘度を１００〜２０００ｍｍ２/ｓに、そして、４０℃での粘度圧力係数を１５〜２２ＧＰａ−１に調整した潤滑油に、上記のナノカーボンを添加した潤滑剤とするのが好ましい。そして、このときの潤滑油の圧力は４０〜１５０Ｍｐａに昇圧するのが好ましい。
【００５３】
これは、強制潤滑引抜法に使用する潤滑油の４０℃かつ常圧での動粘度（４０℃での常圧粘度）を１００ｍｍ２／ｓ以上にすると、高圧粘度のために充分な厚さの潤滑油膜を工具と素管の間に形成しやすいからである。一方、４０℃かつ常圧での動粘度が２０００ｍｍ２／ｓ以下とすると、動粘度が高すぎることはないので、常圧での取り扱いがしやすくなる。よって、潤滑油を供給・回収してタンクから高圧容器の間を循環させることが容易になるとともに、得られる金属管においてオイルピットの生成による内面粗度が低下しにくくなる。さらに、引抜加工された金属管の内外面からの脱脂性もよく、潤滑油を除去しやすい。
【００５４】
また、強制潤滑引抜法に使用する潤滑油の粘度圧力係数が１５ＧＰａ−１以上にすると、４０℃かつ常圧での動粘度を１００〜２０００ｍｍ２／ｓに調整しても高圧粘度が低くなりすぎることがなく、充分な厚さの潤滑油膜を工具と素管の間に形成することができるので、焼き付きや振動の発生を防止することができる。一方、粘度圧力係数が２２ＧＰａ−１以下にすると、４０℃かつ常圧での動粘度を１００〜２０００ｍｍ２／ｓに調整しても高圧粘度が高くなりすぎることもなく、得られる金属管にオイルピットが多量に生成されることはなく、内面粗度の低下を抑制できる。
【００５５】
このように、強制潤滑引抜法に使用する潤滑油を、４０℃かつ常圧での動粘度が１００〜２０００ｍｍ２／ｓ、かつ、４０℃での粘度圧力係数が１５〜２２ＧＰａ−１に調整することにより、引抜加工の際に適切な厚さの潤滑油膜が工具と素管の間に形成される。これにより、強制潤滑引抜法での引抜加工の際に焼き付きおよび振動の発生を防止できる。さらに、得られる金属管でオイルピットの生成による内面粗度の低下を抑制できるとともに、脱脂性を確保することができる。
【００５６】
強制潤滑引抜法では、潤滑油を昇圧する際に、潤滑油の圧力を４０〜１５０ＭＰａとするのが好ましい。高圧容器に充満させた潤滑油の圧力を４０ＭＰａ以上にすると、工具と素管の間に充分な厚さの潤滑油膜が形成されるので、焼き付きおよび振動の発生を防止できる。一方、潤滑油の圧力を１５０ＭＰａ以下にすると引抜装置に過剰な負荷を与えることはなく、また、オイルピットが生成されることもないので、得られる金属管の内面粗度も良好に保たれる。なお、潤滑油の圧力は５０ＭＰａ以上とするのがより好ましい。
【００５７】
［素管の化学組成］
本発明の金属管の引抜加工方法は、素管の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．０〜４０．０％、Ｆｅ：１５．０％以下、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５０％以下、およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなる高耐食性材料において、特に効果が大きい。
【００５８】
ここで、不純物とは、素管を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等から混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。以下、各成分について説明する。
【００５９】
Ｃ：０．１５％以下
Ｃは、０．１５％を超えて含有させると、耐応力腐食割れ性が劣化するおそれがある。したがって、Ｃを含有させる場合には、その含有量を０．１５％以下にするのが好ましく、さらに好ましいのは、０．０６％以下である。なお、Ｃは、合金の粒界強度を高める効果を有する。この効果を得るためには、Ｃの含有量は０．０１％以上とするのが好ましい。
【００６０】
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは製錬時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。このとき、１．００％以下に制限するのが好ましい。その含有量が０．５０％を超えると合金の清浄度が低下することがあるため、Ｓｉ含有量は０．５０％以下に制限するのがさらに好ましい。
【００６１】
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、不純物元素であるＳをＭｎＳとして固定し、熱間加工性を改善すると共に、脱酸剤として有効な元素である。その含有量が２．０％を超えると合金の清浄性を低下させるので、２．０％以下とするのが好ましい。さらに好ましいのは１．０％以下である。また、Ｍｎによる熱間加工性の改善効果を得たい場合は０．１％以上含有させるのが好ましい。
【００６２】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が０．０３０％を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下に制限するのが好ましい。
【００６３】
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が０．０３０％を超えると耐食性に悪影響を及ぼすことがある。したがって、Ｓ含有量は０．０３０％以下に制限するのが好ましい。
【００６４】
Ｃｒ：１０．０〜４０．０％
Ｃｒは、合金の耐食性を維持するのに必要な元素であり、１０．０％以上含有させるのが好ましい。しかし、４０．０％を超えると相対的にＮｉ含有量が少なくなり、合金の耐食性や熱間加工性が低下するおそれがある。したがって、Ｃｒの含有量は１０．０〜４０．０％が好ましい。特に、Ｃｒを１４．０〜１７．０％含有する場合には、塩化物を含む環境での耐食性に優れ、Ｃｒを２７．０〜３１．０％含有する場合には、さらに、高温における純水やアルカリ環境での耐食性にも優れる。
【００６５】
Ｔｉ：０．５％以下
Ｔｉは、その含有量が０．５％を超えると、合金の清浄性を劣化させるおそれがあるので、その含有量は０．５％以下とするのが好ましく、さらに好ましいのは０．４％以下である。ただし、合金の加工性向上および溶接時における粒成長の抑制の観点からは、０．１％以上の含有させることが好ましい。
【００６６】
Ｆｅ：１５．０％以下
Ｆｅは、基材元素のひとつであり、その含有量は１５．０％以下とする。好ましい含有量の上限は１１．０％であり、さらに好ましい上限は１０．０％以下である。そして、好ましい含有量の下限は６．０％であり、さらに好ましい下限は７．０％である。
【００６７】
Ｃｕ：０．６％以下
Ｃｕは合金中に不純物として存在する元素であり、その含有量が０．６％を超えると合金の耐食性が低下することがある。したがって、Ｃｕ含有量は０．６％以下に制限するのが好ましい。
【００６８】
Ａｌ：０．５％以下
Ａｌは製鋼時の脱酸材として使用され、合金中に不純物として残存する。残存したＡｌは、合金中で酸化物系介在物となり、合金の清浄度を劣化させ、合金の耐食性および機械的性質に悪影響を及ぼすおそれがある。したがって、Ａｌ含有量は０．５％以下に制限するのが好ましい。
【００６９】
特に本発明の効果が顕著に表れるＮｉ基合金としては、以下の二種類が挙げられる。
【００７０】
（ａ）Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１４．０〜１７．０％、Ｆｅ：６．０〜１０．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなるＮｉ基合金。
【００７１】
（ｂ）Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：２７．０〜３１．０％、
Ｆｅ：７．０〜１１．０％、Ｔｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．６％以下およびＡｌ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不純物からなるＮｉ基合金。
【００７２】
上記（ａ）の合金は、Ｃｒを１４．０〜１７．０％含み、Ｎｉを７５％程度含むため塩化物を含む環境での耐食性に優れる合金である。この合金においては、Ｎｉ含有量とＣｒ含有量のバランスの観点からＦｅの含有量は６．０〜１０．０％とするのが好ましい。
【００７３】
上記（ｂ）の合金は、Ｃｒを２７．０〜３１．０％含み、Ｎｉを６０％程度含むため、塩化物を含む環境のほか、高温における純水やアルカリ環境での耐食性にも優れる合金である。この合金においてもＮｉ含有量とＣｒ含有量のバランスの観点からＦｅの含有量は７．０〜１１．０％とするのが好ましい。
【００７４】
［金属管の製造方法］
金属管の製造では、一般的に、素管に複数回の引抜加工を施して所定の寸法および表面性状の金属管を製造する。本発明の金属管の製造方法は、最終仕上げの引抜加工を本発明の引抜加工方法により行うことを特徴とする。これにより、最終仕上げの引抜加工で焼き付きや振動が発生するのが防止されるとともに、オイルピットの生成による内面粗度の低下が抑制される。したがって、本発明の金属管の製造方法は、引抜加工での焼き付きや振動に起因する疵がなく、優れた内面粗度を有する金属管を製造できる。
【実施例】
【００７５】
本発明に係る引抜加工用潤滑剤および引抜加工方法並びに金属管の製造方法により、素管に冷間引抜加工を施す試験を行い、本発明の効果を検証した。
【００７６】
［試験方法］
通常の常温常圧でのラボ引抜き試験を実施し、試験後の管内面の焼付き疵発生状況より耐焼付き性を評価し、引抜き荷重より潤滑性(低摩擦性)を評価した。
【００７７】
引抜き加工の試験条件は下記の通りである。
素管の仕様：
引抜加工前の寸法 外径２５ｍｍ、肉厚１．６５ｍｍ、長さ１ｍ、
引抜加工前の内外面の粗度 Ｒａ０．３μｍ、
（Ｒａ：算術平均粗さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１））
材質 ＡＳＭＥ ＳＢ−１６３ ＵＮＳ Ｎ０６６９０のＮｉ基合金Alloy690
（代表組成：３０質量％Ｃｒ−６０質量％Ｎｉ−１０質量％Ｆｅ）
引抜加工：ダイスの材質 超硬合金、
プラグの材質 アルミナコーティングが施された超硬合金、
引抜速度 ２ｍ／ｍｉｎ、金属管の仕様：引抜加工後の寸法 外径１９．５ｍｍ、肉厚１．１５ｍｍ
【００７８】
表１に本試験に使用した潤滑剤に用いた潤滑油の組成、４０℃かつ常圧での動粘度および粘度圧力係数、並びに、潤滑油に添加したカーボンとその平均一次粒子径と添加量を示す。表１に示す４０℃かつ常圧での動粘度は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３に準拠して測定した。また、粘度圧力係数は、落球式の高圧粘度計を用いて測定した高圧粘度と、上述の４０℃かつ常圧での動粘度とから前記（１）式を用いて求めた。また、潤滑油に添加したカーボンは、次のとおり市販されているものを用いた。
・カーボンオニオン：神港精機（株）製
・ナノポーラスカーボン：（株）ニューメタルスエンドケミカルスコーポレーション製
・フラーレンC60：（株）ニューメタルスエンドケミカルスコーポレーション製
・カーボンナノチューブ：（株）ニューメタルスエンドケミカルスコーポレーション製
・微細黒鉛：伊藤黒鉛（株）製
【００７９】
【表１】
2015137345.tif 000002
【００８０】
表１に示す潤滑剤Ａ〜Ｇは本発明例であり、潤滑油に添加するカーボンの粒子径および添加量のいずれも本発明で規定する範囲内である。そして、潤滑剤Ｈは比較例であり、カーボンが添加されていない。また、潤滑剤ＩとＪは比較例であり、潤滑油に添加するカーボンの粒子径または添加量が本発明で規定する範囲を外れる。
【００８１】
以上は、通常の常温常圧でのラボラトリーでの引抜き試験結果であるが、実機の高圧抽伸（特許文献１参照）に開示した高圧抽伸装置と同じ機構を持つ強制潤滑引抜き装置での引抜き加工との結果の相関から、上記ラボラトリーでの引抜き試験での荷重が8.6ton以下であれば、実機においてビビリを生じることなく引抜き加工出来ることが分かっている。なお、ビビリとは、被加工材と工具（ダイス、プラグ）との間に生じる摩擦係数の変動に起因した自励振動であり、スティック状態とスリップ状態を繰り返すスティックスリップ現象である。
【００８２】
表２に各試験で使用した潤滑剤、引抜き試験の引抜き荷重と試験結果（ビビリの有無と焼き付き状況）および表面性状（内表面の粗度Ｒａと合否判断結果）を示す。
【００８３】
【表２】
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【００８４】
［評価基準］
各試験で、引抜加工の際のビビリおよび焼き付きの発生と、引抜加工後に得られた金属管の内面粗度とを評価した。
【００８５】
ビビリ（振動）の評価は、通常の常温常圧でのラボラトリーでの引抜き試験における荷重値の測定結果に基づき、8.6ton以下の場合を合格(○)とし、8.6tonを超える場合を不合格(×)とした。これは、通常の常温常圧でのラボラトリーでの引抜き試験結果と、実機の高圧抽伸（特許文献１参照）に開示した高圧抽伸装置と同じ機構を持つ強制潤滑引抜き装置での引抜き加工との結果との間に相関が認められていて、上記の常温常圧でのラボラトリーでの引抜き試験での荷重が8.6ton以下であれば、実機においてビビリ（スティックスリップ振動）を生じることなく引抜き加工出来ることが分かっているからである。
【００８６】
また、上記ラボラトリー引抜き試験の条件で焼き付きが生じない場合は、実機において同寸法で長さ10mの素管を25m/minの速度で引抜加工しても焼き付きを生じないことも分かっている。焼き付きの評価は、引抜加工後に得られた金属管および用いた工具を目視により観察して行った。表２の試験結果の「焼き付き状況」欄の記号の意味は次の通りである。
◎：金属管に筋疵および工具に僅かな曇り痕も認められなかったことを示す。
○：工具に僅かな曇り痕が認められたことを示す。
△：金属管に軽微な筋疵が認められたことを示す。
×：焼き付きによる筋疵が金属管に認められ、金属管が製品不良となったことを示す。
【００８７】
表面性状については、上記ラボラトリー引抜き試験後の内面軸方向の粗度Raが0.2μm以下の場合は、実機の引抜き後の粗度Raが基準値の0.5μm以下に収まることが分かっている。よって、上記ラボラトリー引抜き試験でRaが0.2μm以下の場合を合格(○)とし、0.2μmより大きい場合を不合格(×)とした。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の引抜加工用潤滑剤は、従来よりも各段に優れた耐焼き付き性と潤滑性を有しており、引抜加工により表面性状に優れた金属管を製造することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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