(57)【要約】      （修正有）【課題】無機系物質を主体とする潤滑性被膜を備える潤滑処理鋼板において、潤滑性だけでなく防錆性も改善する。【解決手段】ケイ酸塩とポリエチレンワックスと脂肪族ジカルボン酸および／またはその塩とを含むことを特徴とする潤滑性被膜形成用処理液。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材の表面に潤滑性被膜を形成するための処理液であって、該処理液はケイ酸塩とポリエチレンワックスと脂肪族ジカルボン酸および／またはその塩とを含むことを特徴とする、潤滑性被膜形成用処理液。
【請求項２】
前記ケイ酸塩が１種または２種以上のアルカリ金属ケイ酸塩からなる、請求項１に記載の被膜形成用処理液。
【請求項３】
請求項１または２に記載の処理液から形成された付着量0.1〜10 g/m2の潤滑性被膜を表面に備える、潤滑処理金属材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材表面に潤滑性被膜を形成するための処理液およびこの処理液を用いて処理された潤滑処理金属材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼板の塑性加工、特に高い加工圧力のかかる過酷な条件下で加工される冷間鍛造等においては、被加工体と工具間での焼き付きを防止する目的で、リン酸亜鉛被膜を形成した後にステアリン酸ナトリウムを塗布するボンデ＋ボンダリューベ処理（以下、ボンデ処理と略記する）を施した後に加工することが一般的に行われている。しかし、加工工程とは別にボンデ処理工程を行う必要があることから、それだけ余分な作業を強いられ、生産性が阻害されるという問題点がある。また、ボンデ処理は、設備維持、廃液処理等の観点からも、省略が望まれている。
【０００３】
そこで、ボンデ処理を省略しうるよう、あらかじめ鋼帯に潤滑処理を施しておき、このような鋼帯をブランキング後、そのまま塑性加工したいという要望がある。
鋼板に施す潤滑処理としては、大きく分けて、有機樹脂を主体とする潤滑性被膜を形成する技術と、ボンデ処理と同様に、無機系の物質を主体とする潤滑性被膜を形成する技術とがある。
【０００４】
無機系物質を主体とする被膜は、有機樹脂を主体とする被膜と比較して、被膜の質的変化（たとえば被膜の硬度の変化）に及ぼす温度の影響が小さいという利点がある。そこで、例えば、加工度が大きい成型加工の場合、材料の摩擦熱や連続的な成形加工により生じる金型の温度上昇の影響を受けにくい無機系物質を主体とする被膜の方が、有利であると考えられる。
【０００５】
無機系物質を主体とする潤滑性被膜を備えた金属板として、例えば特開2002−307613号公報（特許文献１）には、リチウムシリケートを主体とし、潤滑剤としてワックスおよび金属石鹸を含有する脱膜型の被膜が形成された金属板が開示されている。
【特許文献１】特開2002−307613号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような潤滑処理を施した鋼帯を使用する場合、ある程度長期間保管される場合があるため、鋼帯自体がある程度の防錆性を有しているのが好ましい。特許文献１の技術では、このような防錆性の要求を改善することについては、必ずしも考慮されていなかった。そこで、本発明の課題は、無機系物質を主体とする潤滑性被膜を備える潤滑処理金属材、特に潤滑処理鋼材であって、潤滑性だけでなく、防錆性にもすぐれた潤滑処理金属材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、特許文献１に開示された技術をふまえ、シリケート（ケイ酸塩）を主体とする潤滑処理用処理液をベースに検討を行った。その結果、脂肪族ジカルボン酸を適量含有させた処理液で処理することにより、潤滑性とともに防錆性にも優れた潤滑処理金属材が得られることがわかった。
【０００８】
よって、本発明は、金属材の表面に潤滑性被膜を形成するための処理液であって、該処理液はケイ酸塩とポリエチレンワックスと脂肪族ジカルボン酸および／またはその塩とを含むことを特徴とする、潤滑性被膜形成用処理液である。
【０００９】
好適態様において、前記ケイ酸塩は、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、およびケイ酸カリウムといった１種または２種以上のアルカリ金属ケイ酸塩である。
本発明はまた、上記処理液から形成された付着量0.1〜10 g/m2の潤滑性被膜を表面に備える潤滑処理金属材にも関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の潤滑処理金属材は、例えば、しごき率が30％あるいはそれ以上に達するようなしごき加工といった非常に過酷な加工条件下でも、ボンデ処理等を施すことなく使用が可能な優れた潤滑性を示す。同時に、防錆性にも優れており、金属材が鋼板や鋼帯であっても、ある程度の長期保管が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の形態について説明するが、それは例示を目的とし、本発明を制限するものではない。
１) 処理液
本発明に係る潤滑性被膜形成用処理液は、ケイ酸塩 (シリケート)と、ポリエチレンワックスを含む潤滑剤と、脂肪族ジカルボン酸および／またはその塩とを含む。
【００１２】
ケイ酸塩は、潤滑性被膜の主な被膜形成成分となる。従って、本発明の処理液から形成された潤滑性被膜は無機系物質を主体とする被膜である。
ケイ酸塩としては、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩を用いることができる。アルカリ金属ケイ酸塩は１種のみを用いてもよく、２種以上を用いることもできる。このようなアルカリ金属ケイ酸塩は、各種のSiO2／アルカリ金属酸化物のモル比を有する水溶液として市販されている。このモル比は、水溶液にSiO2またはアルカリ金属酸化物またはその前駆体を添加することにより、変化させることもできる。
【００１３】
ポリエチレンワックスは潤滑剤であり、本発明に係る処理液には、潤滑処理金属材の摺動性と加工性を改善するために添加される。従って、ポリエチレンワックスの含有量が少ないと、このような改善効果が小さい。一方、ポリエチレンワックスを含有量が多すぎても、潤滑処理金属板の加工性（耐型カジリ性等）がかえって悪くなる。これは、潤滑性被膜からワックスが脱落しやすくなっているためと考えられる。ポリエチレンワックスの好ましい添加量は、ケイ酸塩の総量に対する質量比で、0.2〜2.0程度、より好ましくは0.5〜1.5程度である。
【００１４】
ポリエチレンワックスの粒径は特に限定されないが、0.05〜10μｍ程度のものを使用することができる。ポリエチレンワックスの粒径は、被膜付着量に応じて選択するのがよく、付着量が大きくなるにしたがって、大きめの粒径のワックスを使用するのがよい。たとえば、被膜の総付着量が1.0 g/m2程度の場合、平均粒径が0.01〜１μｍ程度のワックスを用いるのが好ましい。
【００１５】
潤滑剤としてポリエチレンワックスだけを使用してもよいが、他の潤滑剤をポリエチレンワックスと併用することもできる。本発明で使用できる他の潤滑剤としては、パラフィンワックス、モンタンワックス等の酸化ワックス、その他の合成ワックス、フッ素樹脂系ワックス、金属石鹸等が挙げられる。他の潤滑剤の添加量は特に制限されないが、ポリエチレンワックスの含有量より少なくすることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る潤滑性被膜形成用処理液は、さらに脂肪族ジカルボン酸および／またはその塩を含有する。処理液にこの成分を適量添加することにより、得られる潤滑処理金属材の防錆性が向上する。鋼材の腐食抑制剤 (インヒビター)としては、有機系および無機系の各種の化合物がこれまでに提案され、利用されている。典型的な有機系の腐食抑制剤は、アミン等の窒素含有化合物である。本発明において脂肪族ジカルボン酸酸 (塩) が腐食抑制作用を示す理由は明らかではないが、脂肪族ジカルボン酸（塩）が基材金属材に対して腐食抑制剤として作用するか、あるいは一部または全部のジカルボン酸とシリケートとがエステル化反応することにより防錆力が向上した被膜が形成される、といった機構が考えられる。
【００１７】
本発明において使用できる脂肪族ジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、ブラシル酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、ヘキサデカン二酸、エイコサ二酸、オクチニルコハク酸、ドデセニルコハク酸、オクタドデセニルコハク酸等が挙げられる。また、これらのジカルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、アミン塩等を用いてもよい。これらのジカルボン酸および／またはその塩を２種以上併用してもよい。
【００１８】
脂肪族ジカルボン酸および／またはその塩の含有量は、少なすぎると潤滑処理鋼板の防錆性向上効果が小さく、多すぎてもかえって防錆性に劣るようになり、また加工性が低下する。ケイ酸塩の総量に対する質量％で0.01〜10％の範囲が好ましく、より好ましくは0.05〜２％である。
【００１９】
本発明に係る潤滑性被膜形成用処理液は、アルカリ金属ケイ酸塩の水溶液に添加成分であるポリエチレンワックスを含む潤滑剤と脂肪族ジカルボン酸および／またはその塩を添加して、潤滑剤を分散させることにより調製できる。脂肪族ジカルボン酸および／またはその塩は水に溶解する。処理液から形成された潤滑性被膜の性能が阻害されない限り、処理液は、前述した以外の成分も含有しうる。そのような成分としては、例えば、処理液の安定性を向上させるための分散剤や界面活性剤、処理時の鋼板表面の反応性を向上させるためのエッチング剤（例えばフッ化物等）が挙げられる。処理液は水系であって、溶媒は水であるが、溶媒の一部として水混和性有機溶媒を使用することもできる。
【００２０】
２) 潤滑処理金属材
基材となる金属材は、鋼板が一般的であるが、それに限定されるものではない。厳しい塑性加工が施される可能性のある他の金属材、例えば、アルミニウム板にも本発明を適用できる。基材の形態は典型的には板であるが、管材、線材、棒材など他の形態とすることも可能である。以下では、基材が鋼板である場合について、本発明を説明する。
【００２１】
鋼板の成分や特性は、一般の炭素鋼、低炭軟鋼、極低炭軟鋼、高張力鋼、ステンレス鋼等に広く適用できる。また、その要求性能が加工性（耐カジリ性等）の確保にある限り、熱延鋼板、冷延鋼板に限らず、電気亜鉛めっき、電気Zn−Ni合金めっき等の電気めっき鋼板、あるいは溶融亜鉛めっき、溶融亜鉛合金めっき、溶融Zn−5％Al合金めっき、溶融55％Al−Zn合金めっき等の溶融めっき鋼板等にも本発明を適用できる。 また、基材鋼板の表面に、クロメート処理、あるいはボンデ処理等の前処理が施されていてもよい。
【００２２】
ただし、本発明に係る潤滑処理鋼板は、潤滑性を有効に生かせる用途で適用されるのが最も好ましい。その意味で、板厚減少の大きなしごき加工（たとえばしごき率30％以上の加工）を受けるような用途で用いられる鋼板、特に板厚の比較的厚い鋼板（例えば2 mm以上）や高張力鋼板等を基材とする場合に本発明は特に有用であるといえる。また、本発明に係る潤滑処理鋼板は、潤滑性に加えて防錆性の改善をその主眼に置いているので、例えば、基材がめっきを施されていない裸の冷延鋼板や熱延鋼板であると、防錆性の改善効果をより有効に生かすことができる。
【００２３】
本発明に係る潤滑処理鋼板は、基材の鋼板 (または他の金属材) の表面を前記処理液で処理することにより形成された潤滑性被膜を備える。処理方法は、例えば、連続的に金属帯を製造する場合は、ロールコーター等で基材の鋼帯に処理液を所定量塗布する方法や、または処理液中に基材鋼帯を浸漬するか処理液を鋼帯にスプレーしてから、リンガーロールで所定の付着量となるよう絞り取る方法、等が挙げられる。このように処理した後、乾燥させることにより潤滑性被膜が形成される。基材鋼板の片面または両面の全面を潤滑処理することが好ましいが、基材表面の一部だけを潤滑処理することも可能である。
【００２４】
本発明に係る潤滑処理鋼板において、基材鋼板の表面に形成された潤滑性被膜の付着量は、0.1 g/m2以上、好ましくは0.5g/m2以上とする。強加工下で良好な耐型カジリ性を確保するには、ある程度の被膜量が必要なためである。付着量の上限については、耐型カジリ性の向上に関しては特に規定されないが、好ましくは10.0 g/m2以下、より好ましくは5.0g/m2以下である。付着量が過剰であると、加工による摺動で潤滑性被膜が剥離して、金型に付着、堆積し、プレス外観不良等の問題をきたすことが懸念されるためである。
【００２５】
処理液を塗布した後の乾燥は、60〜90℃程度の乾燥温度で行うことが好ましい。乾燥温度が高すぎると、ワックスが溶融して、得られる潤滑処理鋼板の潤滑性が変化する恐れがある。従って、乾燥温度は、鋼板温度がワックスの軟化点以下となる程度とするのが好ましい。乾燥温度が低すぎると、乾燥時間が長くなり、生産性を阻害する。
【実施例】
【００２６】
基材鋼板として、日本鉄鋼連盟規格の熱延軟鋼板であるJSH 270D（板厚＝2.3 mm、表面粗度：Ra＝0.6μｍ、PPI＝115）使用し、この鋼板の片面に以下に記載する方法で潤滑性被膜を形成して、潤滑処理鋼板を作製した。
【００２７】
ケイ酸塩としては、ケイ酸リチウム（SiO2／Li2Oモル比＝3.5)、ケイ酸ナトリウム（SiO2／Na2Oモル比＝3.0)またはケイ酸カリウム（SiO2／K2Oモル比＝3.4)の各水溶液を使用した。このケイ酸塩水溶液に、脂肪族ジカルボン酸としてセバシン酸またはドデセニルコハク酸を所定量を添加し、さらにポリエチレンワックスの水系エマルション（東邦化学社製  ハイテックＥ9014、ワックス軟化点106℃  ワックス平均粒径0.2μｍ）を添加し、よく混合して、処理液を調製した。
【００２８】
この処理液を上記鋼板の片面にスピンコータで所定量塗布し、引き続き乾燥（乾燥温度＝70℃）することにより、潤滑性被膜を形成させた。
比較のための従来材として、公知ミルボンド処理（有機被膜処理の一種）を施したものと、公知のボンデ処理 (ボンデ処理＋ボンダリューベ処理) を施したものも試験に供した。これらの処理条件は、以下のとおりである。
【００２９】
ミルボンド処理：使用薬剤−MC560J（日本油脂製）、付着量＝1.2 g/m2。
ボンデ処理： (使用薬剤はいずれも日本パーカライジング社製)
ボンデ処理：使用薬剤＝PB-181X、付着量＝４g/m2；
ボンダリューベ処理：使用薬剤＝LUB-235、付着量＝２g/m2
各潤滑処理鋼板について、加工性として耐型カジリ性および耐焼きつき性を、防錆性と一緒に調査した。その試験内容および合否判定は以下の通りである。試験結果を処理液組成と共に表１に示す。
【００３０】
(耐型カジリ性）
図１に示す要領（しごき率＝30％）で、強制的に板厚を減肉させる加工を連続100枚まで実施し、100枚目の加工材の摺動部の型カジリの発生状況を観察して求めた正常部残存率により評価した。
【００３１】
加工条件：
サンプルサイズ：25 mm×150 mm、
クリアランス  ：1.61 mm（しごき率＝30％)、
潤滑          ：一般防錆油（Nox-Rust 550HN、パーカー興産製)、
加工枚数      ：100枚（途中で金型を手入れしない)。
【００３２】
判定基準：
◎：正常部残存率＝100％（カジリ発生なし)、
○：正常部残存率＝100〜95％、
△：正常部残存率＜95％（カジリ発生)、
×：100枚目（もしくはそれ以前に）に加工割れ発生。
【００３３】
(耐焼きつき性）
図２に示す摩擦摩耗試験機を用い、以下の試験条件および判定基準で評価した。
加工条件：
サンプルサイズ：60 mm×60 mm、
圧子          ：鋼球、
荷重          ：200 N、
回転速度      ：10 rpm（回転半径＝10 mm)、
板温          ：50℃、
評価方法      ：摩擦係数を連続的に測定し、急激に摩擦係数が上昇しはじめるまでの摺動距離で評価した。
【００３４】
判定基準：
◎：摺動距離≧10 m、
○：摺動距離＝5〜10 m、
△：摺動距離＝2〜5 m、
×：摺動距離＜2 m。
【００３５】
(防錆性）
複合腐食試験により防錆性を評価した。「温度50℃で相対湿度98％の高温高湿条件に４時間放置と50℃の乾燥条件に４時間放置」を１サイクル（１日３サイクル）として、10サイクル目の腐食状態 (赤錆発生面積率)を目視で観察し、次の基準で判定した。
【００３６】
判定基準：
◎：赤錆０％  (赤錆なし)、
○：赤錆＜5％ (軽微な赤錆)、
△：赤錆＞5〜10％、
×：赤錆＞10％。
【００３７】
【表１】
2005314481.tif 000002
【００３８】
表１に示すように、本発明に係る潤滑処理鋼板（No.1〜17）は、良好な耐型カジリ性、耐焼きつき性、および防錆性を示した。しかし、ケイ酸塩被膜中のポリエチレンワックス量が少なすぎるものや多すぎるものは、耐型カジリ性、耐焼きつき性に劣った。また、潤滑性被膜量が多すぎても少なすぎても、耐型カジリ性、耐焼きつき性に劣った。さらに、脂肪族ジカルボン酸の含有量が少なすぎると防錆性が不足し、多すぎてもかえって防錆性が低下し、また耐カジリ性にも劣った。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】耐型カジリ性の測定および評価方法を示す図である。
【図２】摩擦摩耗試験による摺動性の測定方法を示す図である。
【図１】
2005314481.tif 000003
【図２】
2005314481.tif 000004