(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ土類金属硼酸塩および無機粉体を含有し、粉体状であることを特徴とする熱間金属加工用潤滑剤（但し、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属ホウ酸塩を必須成分とし、さらに脂肪酸のアルカリ金属塩、脂肪酸のアルカリ土類金属塩、固体潤滑剤、カルシウムのホウ酸塩及び水溶性熱可塑性樹脂を含む潤滑剤は除く。）。
【請求項２】
マグネシウム及びバリウムから選ばれるアルカリ土類金属硼酸塩および無機粉体を含有し、粉体状であることを特徴とする熱間金属加工用潤滑剤。
【請求項３】
アルカリ土類金属硼酸塩および無機粉体を含有することを特徴とする熱間鋼材加工用潤滑剤（但し、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属ホウ酸塩を必須成分とし、さらに脂肪酸のアルカリ金属塩、脂肪酸のアルカリ土類金属塩、固体潤滑剤、カルシウムのホウ酸塩及び水溶性熱可塑性樹脂を含む潤滑剤は除く。）。
【請求項４】
マグネシウム及びバリウムから選ばれるアルカリ土類金属硼酸塩および無機粉体を含有することを特徴とする熱間鋼材加工用潤滑剤。
【請求項５】
請求項１又は２記載の熱間金属加工用潤滑剤を用いることを特徴とする熱間金属加工方法。
【請求項６】
上記熱間金属加工用潤滑剤は、粉体状で用いられる請求項５記載の熱間金属加工方法。
【請求項７】
請求項３又は４記載の熱間鋼材加工用潤滑剤を用いることを特徴とする熱間鋼材加工方法。
【請求項８】
上記熱間鋼材加工用潤滑剤は、粉体状で用いられる請求項７記載の熱間鋼材加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材の熱間圧延などの熱間金属加工に用いられる潤滑剤及び加工方法に関し、特に、摩擦係数が低く焼付き防止性能に優れた熱間金属加工用潤滑剤及び熱間鋼材加工用潤滑剤並びに熱間金属加工方法及び熱間鋼材加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼材などの金属材の塑性加工においては、工具と被加工材との間の摩擦を低減させるための潤滑剤が使用される。特に、マンネスマン製管法による継目無鋼管の製造において、エロンゲータ、プラグミル、マンドレルミルなどによる延伸圧延には高い潤滑性能、すなわち摩擦係数が低く焼付き防止性能に優れた潤滑剤が要求される。
従来、熱間金属加工には、無機化合物、無機粉体などからなる潤滑剤を粉体のまま使用するか、あるいはこのような潤滑剤を水に分散または溶解させた組成物などが使用されている。この潤滑剤として、たとえば特開平５−７０７８２号公報には、カルシウム化合物と黒鉛とからなる熱間圧延用潤滑剤が開示されている。また特開昭６４−１６８９４号公報には、酸化物系層状物質と結合剤とからなる熱間加工用固体潤滑剤が開示されており、この結合剤としては酸化硼素、硼酸およびアルカリ金属硼酸塩から選択された一種または二種以上を用いると記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術の潤滑剤は、特に継目無鋼管の熱間圧延に適用した場合、摩擦係数が十分に低くないことからロールと圧延材との間に焼付きが発生して鋼管表面に疵を生じやすいという問題があった。
本発明の目的は、摩擦係数が低く、継目無鋼管の熱間圧延においても十分な焼付き防止性能を示す熱間金属加工用潤滑剤及び熱間鋼材加工用潤滑剤並びに熱間金属加工方法及び熱間鋼材加工方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、潤滑剤の組成と熱間加工時の摩擦係数および焼付き発生との関係について鋭意検討し本発明を完成するに至った。
すなわち、請求項１記載の熱間金属加工用潤滑剤は、アルカリ土類金属硼酸塩および無機粉体を含有し、粉体状であることを特徴とする（但し、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属ホウ酸塩を必須成分とし、さらに脂肪酸のアルカリ金属塩、脂肪酸のアルカリ土類金属塩、固体潤滑剤、カルシウムのホウ酸塩及び水溶性熱可塑性樹脂を含む潤滑剤は除く。）。
また、請求項２記載の熱間金属加工用潤滑剤は、マグネシウム及びバリウムから選ばれるアルカリ土類金属硼酸塩および無機粉体を含有し、粉体状であることを特徴とする。
更に、請求項３記載の熱間鋼材加工用潤滑剤は、アルカリ土類金属硼酸塩および無機粉体を含有することを特徴とする（但し、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属ホウ酸塩を必須成分とし、さらに脂肪酸のアルカリ金属塩、脂肪酸のアルカリ土類金属塩、固体潤滑剤、カルシウムのホウ酸塩及び水溶性熱可塑性樹脂を含む潤滑剤は除く。）。
また、請求項４記載の熱間鋼材加工用潤滑剤は、マグネシウム及びバリウムから選ばれるアルカリ土類金属硼酸塩および無機粉体を含有することを特徴とする。
請求項５及び６記載の熱間金属加工方法は、本発明の熱間金属加工用潤滑剤を用いることを特徴とする。
請求項７及び８記載の熱間鋼材金属加工方法は、本発明の熱間鋼材加工用潤滑剤を用いることを特徴とする。
【０００５】
上記アルカリ土類金属硼酸塩における「アルカリ土類金属」としては、カルシウム、マグネシウムおよびバリウムなどが挙げられる。本発明の「アルカリ土類金属硼酸塩」に使用される具体的な化合物としては、硼酸カルシウム［Ｃａ３（ＢＯ３）２］、四硼酸カルシウム［ＣａＢ４Ｏ７］、メタ硼酸カルシウム［Ｃａ（ＢＯ２）２］、コレマナイト［２ＣａＯ・３Ｂ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ］、ユレキサイト［Ｎａ２Ｏ・２ＣａＯ・５Ｂ２Ｏ３・１６Ｈ２Ｏ］、硼酸マグネシウム［Ｍｇ３（ＢＯ３）２］、硼酸バリウム［Ｂａ３（ＢＯ３）２］などを挙げることができる。本発明の組成物としては、これらのアルカリ土類金属硼酸塩のうち一種のみを使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
【０００６】
また、上記「無機粉体」は、無機層状物質からなることが好ましい。この無機層状物質としては雲母、黒鉛、タルクなどが挙げられ、これらのうち一種のみを使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。また、雲母としては金雲母、アナイト、黒雲母、白雲母、パラゴナイトなどのいずれも使用可能である。この無機粉体の平均粒子径は２〜２０μｍであることが好ましく、５〜１５μｍであることがさらに好ましい。
【０００７】
本発明の潤滑剤全体に対して、上記アルカリ土類金属硼酸塩の含有量は１０〜９０重量％（より好ましくは２０〜８５重量％）とすることが好ましく、上記無機粉体の含有量は９０〜１０重量％（より好ましくは１５〜８０重量％）とすることが好ましい。各成分の含有量が上記範囲外であると、摩擦係数が高くなり焼付きが発生しやすくなる。
【０００８】
また、本発明の潤滑剤は、上記必須成分に加えて炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどの炭酸塩を含有することができる。この炭酸塩の含有量は、潤滑剤全体に対して３０重量％以下とすることが好ましく、２０重量％以下とすることがより好ましい。炭酸塩の含有量が３０重量％を超えると、上記必須成分の含有量が相対的に低くなるため、本発明の潤滑剤の焼付き防止性能が低下する恐れがある。
【０００９】
本発明の潤滑剤は主として粉体の状態で用いられる。また、水１００重量部に対して本発明の潤滑剤５〜８０重量部（好ましくは１０〜８０重量部）を溶解または分散させて用いてもよい。本発明の潤滑剤またはその潤滑剤溶液には、上記成分以外に、アクリル系、酢酸ビニル系、エポキシ系などの水溶性高分子樹脂、増粘剤、界面活性剤、防腐剤、消泡剤などを適宜配合することができる。
【００１０】
本発明の潤滑剤は、摩擦係数が低く焼付き防止性能に優れるため、熱間圧延、熱間鍛造、熱間押出などの熱間金属加工用の潤滑剤として使用可能であり、特にマンネスマン製管法による継目無鋼管の製造用の潤滑剤として好適である。そして、本発明の熱間金属加工方法及び熱間鋼材金属加工方法は、本発明の潤滑剤を用いていることから、摩擦係数が低く焼付き防止性能に優れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明する。
表１に実施例および比較例に用いた潤滑剤の組成を示す。尚、表１において組成をあらわす数値は「重量部」を示す。また、ここで使用した「タルク」の平均粒子径は約３μｍ（ミネラルズテクノロジーズ社製、商品名「ＭＰ２５−３８」）、「黒鉛」の平均粒子径は約１３μｍ（中越黒鉛工業所製、商品名「Ｋ−３」）である。「雲母」としては白雲母（株式会社クラレ製、商品名「６００Ｗ」）を用い、その平均粒子径は約８μｍである。
【００１２】
潤滑剤の性能評価は、特公平４−４７２６０号公報に記載の摩擦潤滑試験方法により行った。すなわち、上記公報に記載の試験機を用いて、下記の試験条件により摩擦力Ｆおよび圧下力Ｐを測定し、Ｆ／Ｐの演算結果として摩擦係数μを求めた。圧延開始後、摩擦係数がほぼ安定した時点で求められたμの値を表１に併せて示す。
【００１３】
<試験条件>
被加工材；ＳＵＳ４１０（幅３２ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚み１５ｍｍ）
加工温度；１０００℃
工具；５％Ｃｒ−１％Ｍｏの合金鋼（幅６０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚み２５ｍｍ）
ロール；直径１３０ｍｍの円筒ロール、回転数２０ｒｐｍ
断面減少率（圧下率）；２０％
潤滑剤塗布量；２００ｇ／ｍ2
【００１４】
【表１】
0004017225.tif 000002
【００１５】
表１から判るように、実施例１〜８の潤滑剤を用いた場合には、摩擦係数μはいずれも０．０６〜０．０８と極めて低く、また焼付きを生じることなく圧延を継続することができた。
これに対して、アルカリ土類金属硼酸塩に換えて、炭酸カルシウムを用いた比較例１およびアルカリ金属硼酸塩を用いた比較例２では、摩擦係数μの値が実施例に比べて著しく高かった。また、比較例１および２の潤滑剤を用いた場合には、摩擦係数μの測定後まもなく工具と被加工剤とが焼付きを起こした。
なお、本発明者らの検討によれば、この評価方法において摩擦係数μが０．０１〜０．１５（より好ましくは０．０２〜０．１０）の範囲である潤滑剤は、マンネスマン製管法による継目無鋼管の製造において十分に使用可能であった。
【００１６】
なお、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の潤滑剤は、摩擦係数が低く焼付き防止性能が高いので、各種熱間金属加工用潤滑剤として有用であり、特にマンネスマン製管法による継目無鋼管の製造用の潤滑剤などとして好適である。本発明の熱間金属加工方法及び熱間鋼材加工方法は、本発明の潤滑剤を用いていることから摩擦係数が低く、焼付きを防止することができる。