(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の一般式（Ａ）および（Ｂ）で表されるチオ燐酸化合物の少なくとも１種と、炭素数６以下の多価アルコールの少なくとも１種とが、下記の範囲内の量で水に溶解していることを特徴とする冷間圧延油。
（１）チオ燐酸化合物  ：１重量％以上
（２）多価アルコール  ：５重量％以上
かつ、（１）、（２）の合計量が５０重量％未満
【化１】
0003937061.tif 000009
ただし、Ｒ、Ｒ´は炭素数２〜８のアルキル基、アルケニル基、アリール基、アルキルアリール基のいずれかを示す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板等の金属板の冷間圧延に使用される冷間圧延油に係わり、特にステンレス鋼板の高速冷間圧延に適しており、潤滑性、ロール冷却性に優れ、圧延後に高光沢の鋼板が得られる冷間圧延油に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属板の冷間圧延油に要求される最も重要な性能は潤滑性であるが、それ以外にも製品品質やメンテナンスの観点から様々な性能が要求される。例えばステンレス鋼板の冷間圧延では、製品表面の光沢が最も重要視される。これは、ステンレス鋼が耐食性に優れているため表面処理を施すことなく装飾用などとして直接目に触れる部分に使用されるためである。そして、この光沢は圧延時の潤滑状態に大きく影響される。
【０００３】
圧延時に、ロールと鋼板との間（一般に「ロールバイト内」と呼ばれる）に形成される油膜の油圧によって圧延後の鋼板表面にオイルピットと呼ばれる窪みが生じる。油膜厚が厚い場合や高圧力下における圧延油の粘度（以下、高圧粘度と記す）が高い場合はオイルピットの発生量が多くなり、鋼板の表面光沢は低下する。
この状態を詳しく説明すると、まず圧延中の金属は塑性変形を起こすのでロールと鋼板の界面は、被圧延材の変形抵抗以上の高圧状態になっており、その中に存在する圧延油も当然、高圧状態になっていると考えられる。
【０００４】
高圧粘度の高い圧延油を用いて圧延した場合、その圧延油の流動性が低いため、ロールバイト内でロールや鋼板の微細な表面凹凸により生じる空間に容易に封じ込められてしまいオイルピットを形成する。しかし、高圧粘度が低い圧延油を用いた場合、高圧状態でも流動性が高いため、封じ込まれる前にロールと鋼板の粗さの隙間から圧力の低い方へと流出し、オイルピットが形成されにくい。ただし、粘度があまりにも低すぎる場合には、流動性が高くなりすぎるため、ロールと鋼板の粗さの隙間からロールバイト外へ流出し、ロールバイト内に油膜が形成されなくなり、潤滑不足となる。
【０００５】
したがって、ステンレス鋼板の冷間圧延では、高圧粘度が低く、かつロールバイト内へ引き込まれる量が少ない圧延油が使用される。この条件を満たすものとして低粘度の鉱油がある。しかし、低粘度の鉱油は潤滑性に乏しく焼き付きが発生しやすい。そのため、耐焼付き性を向上させるため合成エステルや脂肪酸アルコール等が油分として添加されて用いられる。しかし、これらを添加しても鉱油や合成エステルは比熱が小さく、またロールおよび鋼板の冷却性能が悪いため、高速圧延時にロールおよび鋼板表面の温度が上昇してしまう。温度が上昇すると油分が熱分解、或いはロールおよび鋼板表面から脱離し、潤滑性が低下して焼付きが生じる。
【０００６】
冷却性能は、冷間圧延油の粘度をさらに低下させて流動性を上げることで向上するが、鉱油は粘度の低下に伴なって引火点が下がるため板破断が生じた場合の火花で火災が発生する危険性があり、低粘度化にも限界がある。
【０００７】
これに対して、難燃性や冷却性で優れる冷間圧延油としては、従来より普通鋼の圧延油に用いられている水中油分散（Ｏ／Ｗ）型のエマルション圧延油がある。しかし、Ｏ／Ｗエマルション型冷間圧延油はその成分の大半が水であるため冷却性能に優れる一方、ロールおよび鋼板表面に付着する油分量が不均一になりやすく光沢むらの原因となる欠点がある。
【０００８】
特開昭６０−１１８７９９号公報には、１〜５０重量％の水に潤滑剤を溶かしたステンレス鋼等の金属加工用潤滑剤が開示されているが、水の量が５０％以下のためＯ／Ｗ型エマルションのように極端に冷却性能は向上しない。また、高速圧延時の加工、摩擦熱により水分が蒸発して減少し、粘性、冷却性能等の部分的な変化から光沢むらが生じる。さらに水の蒸発が多くなると十分な難燃性が得られなくなる。
【０００９】
安定した難燃性、潤滑性を備え、圧延後の金属板に高光沢が得られる圧延油の開発が望まれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高速圧延を行なっても焼付きの発生や、火災発生の危険がなく、また表面光沢の高い金属板を製造しうる冷間圧延油を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高速圧延において潤滑性、冷却性能に優れ、難燃性でかつ高表面光沢の金属板の製造が可能な冷間圧延油の開発を目指し種々実験検討した結果、次のような知見をえるに至った。
【００１２】
ａ）従来のエマルションタイプの冷間圧延油は、ロールや鋼板に付着した油膜中に油の粒子が不均一に存在しており、それが伝熱抵抗となり冷却性能を低下させている。
【００１３】
ｂ）冷却性能を向上させるには、完全に水に溶解する物質のみを使用し、水を５０％以上にするのがよい。
【００１４】
ｃ）チオ燐酸アンモンニウム塩は、水に溶解して用いると強固な油膜を形成し優れた潤滑性を示す。
【００１５】
ｄ）しかし、チオ燐酸アンモンニウム塩は水に溶解し難く、また高圧下での粘度も低いので、チオ燐酸アンモンニウム塩を水に溶け易くし（以下水溶化と記す）、かつ水溶液を増粘させるのに多価アルコールを添加するのがよい。
【００１６】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下の通りである。
【００１７】
「下記の一般式（Ａ）、（Ｂ）で表されるチオ燐酸化合物の少なくとも１種と、炭素数６以下の多価アルコールの少なくとも１種とが、下記の範囲内の量で水に溶解していることを特徴とする冷間圧延油。
【００１８】
（１）チオ燐酸化合物  ：１重量％以上
（２）多価アルコール  ：５重量％以上
かつ、（１）、（２）の合計量が５０重量％未満
【００１９】
【化１】
0003937061.tif 000002
【００２０】
ただし、Ｒ、Ｒ´は炭素数２〜８のアルキル基、アルケニル基、アリール基アルキルアリール基を示す」
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明実施の形態について説明する。
【００２２】
本発明の冷間圧延油は、潤滑性向上剤としてのチオ燐酸化合物と、水溶化助剤兼増粘剤としての多価アルコールおよび水より構成される。それら成分の限定条件について説明する。
【００２３】
１）チオ燐酸化合物
潤滑性向上剤として使用するもので、下記の（Ａ）、（Ｂ）で表されるチオ燐酸化合物が使用できる。
【００２４】
【化１】
0003937061.tif 000003
【００２５】
ただし、Ｒ、Ｒ´は炭素数２〜８のアルキル基、アルケニル基、アリール基アルキルアリール基のいずれかを示す。
【００２６】
ここで、チオ燐酸化合物の炭素数を２〜８としたのは、２未満では被圧延材の金属板に吸着する分子膜の厚みが薄く耐焼付き性が十分でなく、一方８を超えると水に溶解しにくくなるためである。
【００２７】
好適なチオ燐酸化合物は以下の通りである。
【００２８】
（Ａ）の化合物
エチルチオ燐酸アンモニウム、         プロピレンチオ燐酸アンモニウム
ブチルチオ燐酸アンモニウム、         フェニルチオ燐酸アンモニウム
オクチルチオ燐酸アンモニウム、       ヘキシルチオ燐酸アンモニウム
２−エチルヘキシルチオ燐酸アンモニウム、
（Ｂ）の化合物
ジエチルチオ燐酸アンモニウム         ジプロピレンチオ燐酸アンモニウム
ジブチルチオ燐酸アンモニウム、       ジフェニルチオ燐酸アンモニウム
ジヘキシルチオ燐酸アンモニウム、
ジ２−エチルヘキシルチオ燐酸アンモニウム、
これらは、何れも分子中のチオ燐酸基が被圧延材の金属板の表面に吸着し、強固な油膜を形成するので、ロールと被圧延材間の焼付きを防止する。
【００２９】
ここで、チオ燐酸のアンモニウム塩に限定したのは、Ｎａ塩、Ｋ塩等のアルカリ塩を用いると、冷間圧延後の焼鈍工程でそれらが灰分として残り、製品の品質を低下させるため好ましくなく、アンモニウム塩であれば灰分として残らないからである。
【００３０】
チオ燐酸化合物含有量は下記理由により１重量％（以下、％は重量比を示すものとする）以上とする。すなわち、１％未満では、たとえ増粘剤を添加して、ロールバイト内に冷間圧延油を保持させることができても、圧延により発生した鋼板表面全ての新生面に圧延油を吸着させて覆うことはできず焼付きが発生しやすい。より好ましい含有量は、５〜２５％未満である。２５％以上では水に完全に溶解するのが難しくなる。
【００３１】
２）炭素数６以下の多価アルコール
多価アルコールは、チオ燐酸化合物を水溶化する作用を有すると共に、チオ燐酸化合物の水溶液を増粘させる作用がある。
【００３２】
チオ燐酸化合物のみを水に添加して冷間圧延油とした場合、本発明の冷間圧延油は組成の大半が水であるので、冷間圧延油全体としての高圧粘度が極端に低くなる。そのため、圧延時に高圧になったロールバイト内では、冷間圧延油がロール、鋼板の粗さの隙間から流出してしまい、十分にチオ燐酸酸化合物をロールバイト内に保持できない。さらに、チオ燐酸酸化合物が水に完全に溶解しないで分散し、濃度むらを生じる。しかし、チオ燐酸酸化合物を水溶化助剤兼増粘剤としての多価アルコールにより溶解させることにより、全体としての高圧粘度が低粘度鉱油並みになり、圧延時のロールバイト内においてもロール、鋼板の表面の微細な凹凸の隙間から冷間圧延油が流出してしまうことなくロールバイト内に保持される。
【００３３】
したがって、圧延によって生じた板の新生面に対しても圧延油が保持されているので焼付きの発生を防止することができる
炭素数が６を超えた多価アルコールは水に対する溶解度が低く使用できないので炭素数を６以下とした。
【００３４】
好適な多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等を挙げることができる。
【００３５】
これらの物質は、分子中のアルコール性水酸基が水中で水素結合して粘度を高める作用がある。また、これらの多価アルコールは、潤滑性向上剤として添加しているチオ燐酸化合物が加水分解を起こしチオ燐酸を生じた場合、これをエステル化する作用がある。特にエチレングリコール、グリセリンが好ましい。
【００３６】
この水溶化助剤兼増粘剤の含有量は、５％未満では高圧粘度が低過ぎ、ロールバイト内での冷間圧延油の保持が不十分となるので、下限を５％とした。また、本発明にかかる増粘剤と潤滑性向上剤の総量は５０％以下とする必要がある。増粘剤と潤滑性向上剤の総量が５０％を超えると水の含有量が少なすぎるため、冷却性能が急激に低下してしまう。また、水の蒸発による水の含有量変化が多く性能が安定しない。より好ましい範囲は、２５〜４０％である。
【００３７】
３）水
圧延油の水の含有量は、冷却性能と難燃性を確保するためには５０％以上とする必要がある。また、金属の冷間圧延では、加工熱により被圧延材やロールの温度が上昇するため、圧延油中の水が蒸発し潤滑剤の濃度むらが生じ、被圧延材の光沢むらの原因にもなるので、この観点からも５０％以上とする必要がある。好ましくは６０〜７５％である。
【００３８】
本発明の冷間圧延油は、上記のチオ燐酸化合物と多価アルコールをあらかじめ混合しておいたものを、圧延油の使用条件に応じて適宜の水に添加して攪拌、溶解するなどの方法で調整してもよく、また最初から所定濃度の水に溶解させておいて使用してもよい。
【００３９】
冷間圧延油の供給方法としては、そのまま、或いは高濃度に調整したものを水で希釈して、スプレー塗布、ウォーターインジェクションおよびエアアトマイズなどの方法により冷間圧延工程に供給して使用できる。
【００４０】
特に高速圧延を行う場合は、水の濃度を高くして供給することにより潤滑性、冷却性能に優れ、かつ光沢が良好となる。また、従来のエマルション型圧延油や、含水タイプの圧延油で問題となるような光沢むらなども生じない。
【００４１】
本発明の冷間圧延油は、圧延ロールの材質がＳＫＤ１１、Ｃｒメッキロール、ハイスおよび超硬などの何れであっても使用することがきる。また、適用される被圧延材も特に限定されず、ステンレス鋼、炭素鋼などの圧延材に使用できる。
圧延ロール材質と圧延材の組み合わせも特に制限されない。
【００４２】
本発明の冷間圧延油は、水を５０％以上含有しているため難燃性であり、また脂肪酸等を含んでいなく粘土も適度であるため比熱が水並に高く、従来の冷間圧延油に比べて冷却性能がかなり良好である。Ｏ／Ｗエマルションタイプの冷間圧延油と比較しても同等以上の冷却性能を有する。
【００４３】
さらに、チオ燐酸化合物が完全に水に溶けているので、油膜厚さが不均一になるといった問題も生じることがなく、また、水の量が５０ｗｔ％以上と多いため水の蒸発による光沢むらなども生じない。
【００４４】
【実施例】
次に具体的な実施例に基づき本発明の効果について説明する。
【００４５】
先ず、表１に示す本発明例の圧延油番号１〜２１と表２、３に示す比較例の圧延油番号１〜７および従来例としての圧延油番号８、９の２８種類の冷間圧延油を準備した。ここで従来例９はＯ／Ｗ型エマルションタイプの冷間圧延油であり、ホモミキサーで油分平均粒径を約４μmに調整した。
【００４６】
【表１】
0003937061.tif 000004
【００４７】
【表２】
0003937061.tif 000005
【００４８】
【表３】
0003937061.tif 000006
【００４９】
上記冷間圧延油について下記の条件で圧延をおこない、圧延油の評価を行った。
【００５０】
使用した圧延機は下記の４段式圧延機（ツインドライブ）であった。
【００５１】
ワークロール      ：直径１００ｍｍ、バレル長さ３００ｍｍ
バックアップロール：直径２００ｍｍ、長さ３００ｍｍ
圧延最高速度      ：４００ｍ／分
被圧延材は、光沢度（Ｇｓ４５゜）７００の熱延後酸洗済みの板厚２ｍｍ、板幅５０ｍｍ、長さ３００ｍのフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０−２Ｄ、および光沢度（Ｇｓ４５゜）１５０の熱延後酸洗済みの炭素鋼（ＳＰＣＣ−ＳＢ）のコイルを用いた。
【００５２】
圧延方法は、１パス目は、圧延速度２００ｍ／分、２パス目は３００ｍ／分、３パス目は、４００ｍ／分とし、圧下率はＳＵＳ４３０−２Ｄについては１パス２５％、ＳＰＣＣ−ＳＢについては１パス３５％でそれぞれ連続３パスの圧延を行った。
【００５３】
圧延ロールは、バレル部を表面粗さ０．０１μm Ｒａに仕上げた、ＳＫＤ１１およびセミハイス（０．４％Ｃ、５％Ｃｒ、１％Ｍｏ、３％Ｖ、１％Ｗ）からなる２種類のロールを用いた。また、各潤滑剤は圧延機の入り側でロールおよび鋼板に直接、圧力５kgf／ｃｍ2、流量６■／分で供給した。
【００５４】
圧延油の潤滑性の評価は、３パス圧延後の鋼板表面の焼付きの有無でおこなった。また、光沢性の評価は、表面光沢度（Ｇｓ４５°）で行い、光沢度が７００以上を良好とする。
【００５５】
表４にＳＵＳ４３０を、表５に炭素鋼を圧延した結果を示す。焼付き発生有無に関しては、焼付きが全く生じなかった場合を○印として耐焼付き性良好とし、焼付きが生じた場合を×印で表した。さらに、ＳＫＤ１１ロールでＳＵＳ４３０を圧延した際の３パス圧延直後のコイル表面温度を併せて表５に示した。
【００５６】
【表４】
0003937061.tif 000007
【００５７】
【表５】
0003937061.tif 000008
【００５８】
この結果から、本発明の冷間圧延油を用いることによって、ＳＵＳ４３０、炭素鋼の何れを圧延してもロールおよび鋼板表面温度の上昇が抑制でき、焼付きの発生も完全に防止できることが確認できた。さらには、本発明の冷間圧延油では、エマルションタイプの冷間圧延油に見られるような光沢むらも全く発生しなかった。
【００５９】
なお、比較例５、７ではチオ燐酸化合物が水に溶解せず均一にならなかったため耐焼付き性、光沢むら共に悪い結果になった。また、ＳＫＤ１１ロール、セミハイスロールのどちらでも同じ効果が得られた。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の冷間圧延油によれば、鋼板の破断時に発生する火災の危険性もなく、高速圧延を行っても焼付きを生じず、表面光沢の良好な鋼板を製造できる。