(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）４０℃の動粘度が４〜２５ｍｍ２／ｓで５％留出温度が２５０〜３０９℃の軽質鉱油又は合成油を一種以上、（２）４０℃の動粘度が２５ｍｍ２／ｓを超え１００ｍｍ２／ｓ以下で５％留出温度が２５０℃〜４５０℃の重質鉱油を一種以上、及び（３）（Ａ）ポリオレフィン及び／又はその水素化物と（Ｂ）アスファルトとの少なくとも一方を含有し、かつ４０℃の動粘度が１２〜３０ｍｍ２／ｓで５％留出温度が２９０〜３１０℃であることを特徴とする熱処理油。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属の焼入れ用に特に有用な熱処理油に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属の熱処理、特に焼入れにおいては、その熱処理条件に適した熱処理油の選定が重要であり、その選定が不適切な場合には十分な焼入れ硬さが得られないことがあり、また著しいひずみが発生することがある。一般に、炭素鋼はいわゆる「焼き」が入りにくい鋼材であることから、炭素鋼の焼入れには焼入れ性向上剤として、合成高分子炭化水素やアスファルト質の石油系高分子炭化水素を含有する粘度範囲１０〜２０ｍｍ2 ／ｓ（＠４０℃）程度の焼入れ油が使用されているが、特に焼入れ性が良好であるとの理由から、焼きの入りにくい鋼材の焼入れ油としてはできるだけ粘度の低い熱処理油が選ばれるのが普通である。
しかし、一般的な傾向としては粘度の低い熱処理油には比較的多量の低沸点鉱油が配合されている関係で、引火性が高くなる不都合がある。焼入れは高温に加熱した鋼材を油中に投入して急冷する作業であるので、引火点の高い熱処理油の使用は常に危険性を孕んでいると言える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、焼入れ硬化性に乏しい鋼材にも充分な硬度を付与することができ、しかも引火性の低い熱処理油を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）４０℃の動粘度が４〜２５ｍｍ２／ｓで５％留出温度が２５０〜３０９℃の軽質鉱油又は合成油を一種以上、（２）４０℃の動粘度が２５ｍｍ２／ｓを超え１００ｍｍ２／ｓ以下で５％留出温度が２５０℃〜４５０℃の重質鉱油を一種以上、及び（３）（Ａ）ポリオレフィン及び／又はその水素化物と（Ｂ）アスファルトとの少なくとも一方を含有し、かつ４０℃の動粘度が１２〜３０ｍｍ２／ｓで５％留出温度が２９０〜３１０℃であることを特徴とする熱処理油にある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内容をより詳細に説明する。
本発明に係る熱処理油の５％留出温度は、焼入れ性の観点から３１０℃以下であることが必要であり、引火性の観点から２９０℃以上であることが必要である。なお、本発明において、５％留出温度とはＪＩＳ  Ｋ  ２２５４「石油製品−蒸留試験」の「参考  石油留分のガスクロ法蒸留試験方法」によって測定される５％留出温度を意味する。
本発明に係る熱処理油は、また、４０℃における動粘度が１２〜３０ｍｍ2 ／ｓの範囲にあることが必要である。４０℃における動粘度の上限値は、焼入れ性の観点から、３０ｍｍ2 ／ｓ、好ましくは２５ｍｍ2 ／ｓ、より好ましくは２０ｍｍ2 ／ｓである。また、下限値はひずみ、焼割れの発生を防止する能力が高く、引火の危険性が小さいことなどから、１２ｍｍ2 ／ｓ、好ましくは１３ｍｍ2 ／ｓ、より好ましくは１４ｍｍ2 ／ｓである。
【０００６】
５％留出温度および４０℃における動粘度がそれぞれ上記した２９０〜３１０℃および１２〜３０ｍｍ2 ／ｓの範囲にある本発明の熱処理油は、焼入れ性が高く、引火の危険性が低い特性を備え、しかもひずみや焼割れの発生を防止する能力を兼備しているが、上記の５％留出温度条件および動粘度条件に加えて、５％留出温度と平均沸点との和の１／２が３８０℃以下であるという条件を満たす熱処理油は、その焼入れ性がさらに向上する。
ここで、平均沸点とは、上記の「ガスクロ法蒸留試験方法」で測定された１０％留出温度、３０％留出温度、５０％留出温度、７０％留出温度、９０％留出温度の相加平均を意味する。
本発明の熱処理油の他の性状は任意であるが、ＪＩＳ  Ｋ  ２２５６「原油および石油製品引火点試験方法」で測定される引火点が１７０℃以上であることが好ましい。また、本発明の熱処理油は、ＪＩＳ  Ｋ  ２２５６「石油製品アニリン点及び混合アニリン点試験法」で測定したアニリン点が、４０〜１３０℃であることが好ましい。さらにまた、本発明の熱処理油は、ＪＩＳ  Ｋ  ２２４９「原油及び石油製品の密度試験方法並びに密度・質量・容量換算表」により測定した密度（１５℃）が、０．７０〜０．９５ｇ／ｃｍ3 であることが好ましい。
【０００７】
本発明の熱処理油には、その焼入れ性をさらに向上させるために（Ａ）ポリオレフィンおよび／またはその水素化物ならびに（Ｂ）アスファルトの一方または両方を含有させることができる。
上記（Ａ）成分のポリオレフィンとしては、エチレンとα−オレフィンとの共重合体、ポリブテン、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマーおよびその水素化物等が挙げられる。（Ａ）成分のポリオレフィンの中でも、焼入れ性を向上させる効果がより高く、熱・酸化安定性に優れることから、エチレンとα−オレフィンの共重合体を用いることが好ましい。
エチレンとα−オレフィンとの共重合体としては、エチレンと１種類のα−オレフィンがランダム共重合、ブロック共重合または交互共重合した、いわゆる二元共重合体が使用でき、また、種類が異なる２種以上のα−オレフィンがエチレンとランダム共重合、ブロック共重合または交互共重合した、いわゆる多元共重合体も使用可能である。
ここでいうα−オレフィンは、直鎖状でも分枝状でも良いが、その炭素数は一般には３〜５０、好ましくは３〜２０の範囲にある。具体的には、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、３−メチル−１−ペンテン、１−ヘプテン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、１−ウンデセン、１−ドデセン、１−トリデセン、１−テトラデセン、１−ペンタデセン、１−ヘキサデセン、１−ヘプタデセン、１−オクタデセン、１−ノナデセン、１−イコセン等などが例示できる。
エチレンとα−オレフィンの共重合体は公知のいずれかの方法で製造することができる。例えば、無触媒による熱反応によって製造できる外、過酸化ベンゾイルなどの有機過酸化物触媒；塩化アルミニウム、塩化アルミニウム−多価アルコール系、塩化アルミニウム−四塩化チタン系、塩化アルミニウム−アルキル錫ハライド系、フッ化ホウ素などのフリーデルクラフツ型触媒；有機塩化アルミニウム−四塩化チタン系、有機アルミニウム−四塩化チタン系などのチーグラー型触媒；有機アルミニウム−オキシ三塩化バナジウム系などのバナジウム系触媒；アルミノキサン−ジルコノセン系やイオン性化合物−ジルコノセン系などのメタロセン型触媒；塩化アルミニウム−塩基系やフッ化ホウ素−塩基系などのルイス酸コンプレックス型触媒などの公知の触媒系を用いて、エチレンと上記のα−オレフィンを共重合させることによって得ることができる。
本発明の熱処理油においてエチレンとα−オレフィンとの共重合体を含有させる場合、その共重合体におけるエチレン含有量は格別限定されることはないが、最終的に得られる熱処理油の酸化安定性、焼入れ性、光輝性を勘案すると、共重合体におけるエチレン成分単位の含有量は、共重合体全量基準で４０〜８０質量％、好ましくは４５〜７０質量％、より好ましくは５０〜６０質量％の範囲にあることが望ましい。
上記した各ポリオレフィンは、通常、二重結合を含有しているので、その二重結合を水素化したいわゆる水素化物は、未水素化物より熱・酸化安定性に優れる点で、ポリオレフィンより（Ａ）成分として好ましい。
ポリオレフィンの水素化物は任意の方法で得ることができ、例えばポリオレフィンを公知の水素化触媒の存在下で水素で水素化し、ポリオレフィン中に存在する二重結合を飽和化することによって得られる。また重合触媒を適宜選択することによって、ポリオレフィンの製造とポリオレフィン中に存在する二重結合の水素化を一段で行わせることもできる。
本発明の熱処理油に配合するポリオレフィンおよび／またはその水素化物には、その分子量に関して格別な限定はない。しかし、分解安定性に優れる点で、通常、数平均分子量は１２００〜４０００、好ましくは、１５００〜３０００の範囲にあることが望ましい。数平均分子量が１２００未満の場合は熱処理油の焼入れ性に劣り、また数平均分子量が４０００を超えると、熱処理油の熱・酸化安定性が劣るからである。
なお、現在、潤滑油基油用または潤滑油添加剤用としてエチレン−プロピレン共重合体の名で市販されているものは、通常、その二重結合が既に水素化されているもので、これらは上記（Ａ）成分として好ましく用いることができる。
【０００８】
上記した（Ｂ）成分であるアスファルトには、石油系アスファルトや天然アスファルト等をそのまま使用することができ、またこれらアスファルトに溶剤抽出法などを適用し、鉱油に対する溶解性の低い成分を除いたものも使用できる。（Ｂ）成分のアスファルトとしては、ＪＩＳ  Ｋ  ２２０７「石油アスファルト」の６．３「針入度試験方法」で測定した針入度（２５℃）が０〜３００であり、６．４「軟化点試験方法」により測定した軟化点が３０〜１５０℃であり、密度（１５℃）が１．０ｇ／ｃｍ3 以上であることが好ましい。
アスファルトの添加は、熱処理油の性能を損なうことはないものの、これを着色させるので、透明タイプの熱処理油を所望する場合には、アスファルトは使用しないのが望ましい。
【０００９】
本発明の熱処理油において、上記（Ａ）成分および／または（Ｂ）成分を含有させる場合のこれら成分の含有量は、任意に選ぶことができるが、下限値は熱処理油全量基準で（Ａ）成分および（Ｂ）成分の合計量として０．０１質量％、好ましくは０．０５質量％、より好ましくは０．１質量％である。含有量が上記下限値未満の場合は、満足できるほどの焼入れ性向上効果を期待できない。一方、含有量の上限値は、熱処理油全量基準で（Ａ）成分および（Ｂ）成分の合計量として２０質量％、好ましくは１０質量％、より好ましくは５．０質量％である。含有量が上記上限値を超える場合は、含有量に見合うだけの焼入れ性向上効果が得られない。
【００１０】
本発明の熱処理油には、その性能をさらに高める目的で、公知の添加剤を必要に応じて含有させることができる。これらの公知添加剤としては、例えば、オレイン酸、綿実油脂肪酸などの脂肪酸、脂肪酸エステル、テルペン樹脂などの光輝性改良剤；２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等のフェノール化合物、ジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン等のアミン化合物などの酸化防止剤；アルカリ土類金属スルホネート、アルカリ土類金属フェネート、アルカリ土類金属サリシレート、ソルビタンエステル、ポリオキシアルキレン化合物、アルケニルコハク酸イミドなどの界面活性剤などが例示できる。
これら公知添加剤の含有量も任意に選ぶことができるが、通常は熱処理油全量基準で公知添加剤の合計含有量が０．０１〜２０質量％となるように選ばれる。
【００１１】
本発明の熱処理油を調製するに際しては、その原料油として鉱油および合成油の１種または２種以上が使用可能である。使用可能な鉱油を例示すると、原油を常圧蒸留および減圧蒸留して得られた潤滑油留分に、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの精製処理を適宜組み合わせて適用して得られるところの、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などを挙げることができる。また、合成油としては、例えば、ポリオレフィン（エチレン−プロピレン共重合体、ポリブテン、１−オクテンオリゴマー、１−デセンオリゴマーなど）およびこれらの水素化物、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、エステル、ポリオキシアルキレングリコール、ポリフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、リン酸エステル（トリクレジルフォスフェートなど）、含フッ素化合物（パーフルオロポリエーテル、フッ素化ポリオレフィンなど）、シリコーン油等を挙げることができる。
本発明で規定する５％留出温度条件および動粘度条件（＠４０℃）を満足する熱処理油は、上記した鉱油および合成油のいずれかに、蒸留操作を施すことだけで勿論調製することができる。しかし、熱処理の対象となる鋼材の種類その他によって、熱処理由に要求される粘度等の性状が異なるため、蒸留操作だけでは所期の熱処理油が取得できない場合が多い。そうした場合には、２種以上の油を混合することによって、本発明で規定する５％留出温度条件および動粘度条件（＠４０℃）を満足する熱処理油を得ることができる。
例えば、次のような２種類の油を下記の割合で配合することで、本発明で規定する条件を満足する熱処理油を得ることができる。
（１）下記の条件を同時に満たす軽質高度精製鉱油および／または合成油１００重量部
・４０℃における動粘度が４〜２５ｍｍ2 ／ｓ
・５％留出温度が２５０℃〜３０９℃
・平均沸点が２９０〜４００℃
・密度が０．７０〜０．９５ｇ／ｃｍ3 
・アニリン点が４０〜１３０℃
（２）下記の条件を同時に満たす重質高度精製鉱油１〜１００００重量部
・４０℃における動粘度が２５ｍｍ2 ／ｓを越え１００ｍｍ2 ／ｓ以下
・５％留出温度が２５０℃〜４５０℃
・平均沸点が２９０〜５００℃
・密度が０．７０〜０．９５ｇ／ｃｍ3 
・アニリン点が４０〜１３０℃
なお、念のため付言すれば、２種以上の油を混合して本発明の熱処理油を取得する場合、最終的に得られる混合油は上記した５％留出温度条件および動粘度条件（＠４０℃）を満足していなければならない。添加剤を配合した場合も同様であって、添加剤を配合して最終的に得られる油は、本発明で規定する５％留出温度条件および動粘度条件（＠４０℃）を満足していなければならない。
【００１２】
本発明の熱処理油は、炭素鋼、ニッケル−マンガン鋼、クロム−モリブデン鋼、マンガン鋼などの各種合金鋼に焼入れ、焼きなまし、焼戻し等の熱処理を施す際の、好ましくは焼入れを行う際の熱処理油として用いることができるが、特に、オールケース炉、連続炉などにおける精密機械部品や複雑な形状の部品のガス浸炭焼入れ、無酸化焼入れなどの熱処理において好適に用いられる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の内容を実施例および比較例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
実施例１〜４および比較例１〜４
【００１４】
【表１】
0004101321.tif 000002
【００１５】
表１に示す性状を備えたＡ：パラフィン系溶剤精製鉱油、Ｂ：パラフィン系水素化分解精製鉱油およびＣ：パラフィン系水素化分解精製鉱油を、表２に示す割合で配合し、得られた各配合油にエチレン−プロピレンランダム共重合体水素化物（数平均分子量２６００、エチレン含有量５５質量％）を添加して、全量基準で当該水素化物を３質量％含有する実施例および比較例の各熱処理油を調製した。こうした得られた各熱処理油について、以下に示す方法で焼入れ硬度を測定した。
焼入れ硬度測定方法
直径２４ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円柱状の鋼材（Ｓ４５Ｃ）を水素（３％）／窒素（９７％）雰囲気中で、８５０℃、４５分間加熱後、８０℃に加温した試料油中に投入して焼入れを行った。焼入れ後、鋼材表面の硬度を直径上３ｍｍ間隔７カ所でロックウェル式硬度計を用いて測定し、７カ所の硬度の平均値をとった。試験に供した各熱処理油の性状および試験結果を表２に示す。
【００１６】
【表２】
0004101321.tif 000003
【００１７】
表２の結果から明らかなように、本発明にかかる熱処理油を用いた場合は硬度が高く焼入れ性の良いことが分かる。一方、５％留出温度が３１０℃を越える比較例の熱処理油を用いた場合は、硬度が低く焼入れ性が低いことが分かる。