(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）黒鉛、（ｂ）ジルコニウム元素を含む無機化合物、及び（ｃ）層状構造を有する珪酸塩化合物を含有することを特徴とする熱間塑性加工用潤滑剤。
【請求項２】
上記（ｂ）ジルコニウム元素を含む無機化合物がジルコニウム化合物である請求項１記載の熱間塑性加工用潤滑剤。
【請求項３】
上記（ｃ）層状構造を有する珪酸塩化合物がスメクタイト系粘土鉱物、カオリン系鉱物、蛇紋石、タルク、パイロフィライト、雲母系粘土鉱物、クロライト、バーミキュライト、セピオライト、及び合成雲母からなる群より選ばれた１種又は２種以上である請求項１又は２記載の熱間塑性加工用潤滑剤。
【請求項４】
上記熱間塑性加工用潤滑剤を１００質量％とした場合に、上記（ａ）黒鉛の含有量が０を超え３５質量％以下、上記（ｂ）ジルコニウム元素を含む無機化合物の含有量が０を超え３５質量％以下、及び上記（ｃ）層状構造を有する珪酸塩化合物の含有量が０を超え３５質量％以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載する熱間塑性加工用潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱間塑性加工用潤滑剤に関し、更に詳しくは、黒鉛、ジルコニウム元素を含む無機化合物、及び層状構造を有する珪酸塩化合物を含有する熱間塑性加工用潤滑剤に関する。
本発明の熱間塑性加工用潤滑剤は、マンドレルミルを用いたステンレス鋼等の合金鋼の継目無し鋼管の製造等に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属の熱間塑性加工では、ロール、ダイス及びシュー等の加工工具は、絶えず高圧下で高温の被加工材料と接触する。このため、熱間塑性加工では、これらの加工工具と被加工材料の表面に焼付きが発生しやすい。
このような加工工具と被加工材料の焼付きが発生すると、工具表面が損傷する上、これに起因して被加工材料に傷が発生して被加工材料の表面性状をも悪くする。その結果、加工工具の寿命が短くなり、また、被加工材料の表面形状を改善するための作業、例えば研磨等の作業が必要になり、工程数の増加が必要になる。或いは、表面性状の更に悪い被加工材料は廃棄せざるを得ないため、加工の効率が低下し、コスト高の原因ともなる。
【０００３】
そこでこのような弊害を生じる原因となる焼付きの発生を防止するため、従来より、潤滑剤を加工工具と被加工材料の表面に供給しながら熱間加工を行なって、加工工具と被加工材料との間の摩擦の低減を計っている。特に継目無し鋼管の熱間圧延において、エロンゲータ、プラグミル、マンドレルミル、サイザーミルによる加工には、潤滑性能及び焼付き防止性能に優れた潤滑剤が要求されている。また、被加工材料の中でも特に、継目無し鋼管の材料として多用されているステンレス鋼は、一般に質量で１３％以上のＣｒを有する化学組成を持ち、鋼の表面に安定なクロムの酸化保護膜を形成するが、この表面酸化膜は、炭素鋼のそれと比べると著しく薄く、しかも熱間の変形抵抗が高い。このため、ステンレス鋼は熱間加工時に工具との間で焼付きを発生しやすく、より優れた焼付き防止性能を有する潤滑剤が求められていた。
【０００４】
従来から使用されている熱間塑性加工用潤滑剤としては、黒鉛と樹脂を水中に分散させたものが主に使用されている。しかし、黒鉛と樹脂のみではステンレス鋼等の合金鋼の継目無し鋼管を製造するには焼付き防止性能が不十分である。このため、黒鉛系潤滑剤を改良した検討が数多く行なわれている。その例として、黒鉛、チタニア、樹脂を混合した潤滑剤（特開昭６２−１８４０９６号公報）、黒鉛、樹脂、有機カルボン酸を混合した潤滑剤（特開平４−２０５９９号公報）、黒鉛、スメクタイト系粘土鉱物、多糖類、界面活性剤を混合した潤滑剤（特開平５−２７１６８２号公報）、黒鉛、ホウ酸、雲母、水溶性高分子を混合した潤滑剤（特開平８−１６５４８９号公報）が知られている。
しかし、これらの潤滑剤では、黒鉛単体に比べるとマンドレルミルにおける圧延時のマンドレルバーと被圧延材料との焼付きに対して改善が認められるものの、まだ焼付き防止性能が十分といえない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、金属の塑性加工、特にステンレス鋼等の合金鋼継目無し鋼管の製造に際して、マンドレルミルによる圧延を行なう場合に、マンドレルバー等の工具と被圧延材料との間に優れた潤滑性能と焼付き防止性能を発揮し、更には、マンドレルミル圧延後のマンドレルバーの戻り時においても、優れた焼付き防止性能を発揮する熱間塑性加工用潤滑剤を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、潤滑性能及び焼付き防止性能に優れる熱間塑性加工用潤滑剤を得るため、鋭意研究を行なった結果、黒鉛、ジルコニウム元素を含む無機化合物及び珪酸塩を併用した特定の組成からなる潤滑剤が、熱間加工における加工工具と被加工材料の間の潤滑及び焼付きを防止するのに優れた性能を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明の熱間塑性加工用潤滑剤は、（ａ）黒鉛（以下、「（ａ）成分」という。）、（ｂ）ジルコニウム元素を含む無機化合物（以下、「（ｂ）成分」という。）、及び（ｃ）層状構造を有する珪酸塩化合物（以下、「（ｃ）成分」という。）を含有することを特徴とする。
また、本発明の上記（ｂ）成分は、ジルコニウム化合物とすることができる。更に、本発明の上記（ｃ）成分は、スメクタイト系粘土鉱物、カオリン系鉱物、蛇紋石、タルク、パイロフィライト、雲母系粘土鉱物、クロライト、バーミキュライト、セピオライト、及び合成雲母からなる群より選ばれた１種又は２種以上とすることができる。
また、上記熱間塑性加工用潤滑剤を１００質量％とした場合に、上記（ａ）成分の含有量が０を超え３５質量％以下、上記（ｂ）成分の含有量が０を超え３５質量％以下、及び上記（ｃ）成分の含有量が０を超え３５質量％以下とすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について更に詳細に説明する。
（１）（ａ）成分
本発明の熱間塑性加工用潤滑剤の（ａ）成分である黒鉛は、一般の金属加工に用いられているものであれば、特に支障なく使用できる。例えば、それが天然品でも合成品でもよく、更にこれらの混合品であってもよい。また、上記黒鉛の形状は、燐片状、粒状、塊状又は土状であってもよく、無定形のものであってもよい。更に、上記黒鉛として、上記形状が異なる形状の黒鉛を混合したものを用いてもよい。
【０００９】
上記黒鉛の平均粒子径については特に限定はないが、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下、更に好ましくは０．１〜７０μｍである。上記黒鉛の平均粒子径を５００μｍ以下とすると、分散性が悪くなるのを抑制し、その使用時におけるマンドレルバー等の工具及びホローシェル等の被加工材料の表面に対する供給性を向上させることができ、また、貯蔵時の分散安定性を優れたものとすることができるので好ましい。
【００１０】
また、上記黒鉛の純度についても特に限定はないが、７０％以上であることが好ましく、より好ましくは８０％以上、更に好ましくは９０％以上である。上記黒鉛の純度を７０％以上とすると、不純物として存在しているアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）やシリカ（ＳｉＯ2 ）等の無機物を主体とする不純物によってその潤滑性が阻害されることを防止することができるので好ましい。
【００１１】
上記（ａ）成分の含有量は、要求される性能等に応じて種々の範囲とすることができるが、本発明の熱間塑性加工用潤滑剤を１００質量％とした場合、０を超え３５質量％以下が好ましく、より好ましくは１〜３０質量％、更に好ましくは５〜２５質量％、より好ましくは１０〜２５質量％である。上記（ａ）成分の含有量を上記範囲とすることにより、他の成分の混合割合が少なくなって、他の成分の効果を相殺することを抑制し、十分な潤滑性能と焼付き防止性能が得られるので好ましい。また、潤滑剤中で分散性が低下して沈降や凝集が生じるのを抑制できるので好ましい。
【００１２】
（２）（ｂ）成分
本発明の熱間塑性加工用潤滑剤は、（ｂ）成分として、ジルコニウム元素を含む無機化合物を含有する。この無機化合物は、ジルコニウム元素を含めば、その種類について特に限定することなく用いることができる。例えば、酸化物、珪酸塩、炭化物、ジルコニウム酸ナトリウム、ジルコニウム酸カリウム等のジルコニウム化合物等を用いることができる。更に、このジルコニウム元素を含む無機化合物は、天然品であってもよく、また合成されたものであってもよい。一例を示すと、天然に産出されるものとしては、酸化ジルコニウム系鉱物であるバッデリ石や珪酸塩系鉱物であるジルコン、ウオーレライト、ローベナイト、グアリナイト、エルピダイト、複合系鉱物であるチルケライト等が挙げられる。また、合成品としては、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、ジルコニウム酸ナトリウム、ジルコニウム酸カリウム、ジルコニウム酸カルシウム等のジルコニウム酸塩、珪酸ジルコニウム等が挙げられる。上記ジルコニウム元素を含む無機化合物としてはジルコニウム化合物が好ましく用いられ、ジルコニウム化合物としては、特にジルコニアが好ましく用いられる。本発明の上記（ｂ）成分であるジルコニウム元素を含む無機化合物は１種のみ用いてもよく２種以上を併用してもよい。また、これらの粒子形状も特に制限を受けない。
【００１３】
上記ジルコニウム元素を含む無機化合物の平均粒子径としては１００μｍ以下が好ましい。より好ましくは５０μｍ以下、更に好ましくは０．１〜３０μｍである。平均粒子径が１００μｍ以下とすると、分散性が悪くなるのを抑制し、その使用時におけるマンドレルバー等の工具及びホローシェル等の被加工材料の表面に対する供給性を向上させることができ、また、貯蔵時の分散安定性を優れたものとすることができるので好ましい。
【００１４】
また、上記ジルコニウム元素を含む無機化合物中のジルコニウム元素の含有量としては、上記ジルコニウム元素を含む無機化合物の質量を１００質量％とした場合にＺｒＯ２換算で、１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以上、更に好ましくは２０質量％以上である。ジルコニウム元素の含有量をＺｒＯ２換算で１質量％以上とすると、十分な潤滑性能及び焼付き防止性能が得られるので好ましい。
【００１５】
上記（ｂ）成分の含有量は、要求される性能等に応じて種々の範囲とすることができるが、本発明の熱間塑性加工用潤滑剤を１００質量％とした場合、好ましくは０を超え３５質量％以下、更に好ましくは１〜３０質量％、より好ましくは１〜２５質量％、特に好ましくは１〜２０質量％、最も好ましくは１〜１０質量％である。上記（ｂ）成分の含有量を上記範囲とすることにより、十分な潤滑性能及び焼付き防止性能が得られると共に、潤滑剤中で分散性が低下して沈降や凝集を生じるのを抑制できるので好ましい。
【００１６】
（３）（ｃ）成分
本発明の熱間塑性加工用潤滑剤は、（ｃ）成分として、層状構造を有する珪酸塩化合物を含有する。上記「層状構造」とは、原子が共有結合などによって強く結合して密に配列した面がファン・デル・ワールス力など弱い結合力によって平行に積み重なった構造をいう。上記層状構造を有する珪酸塩化合物としては、例えば、滑石、雲母族、緑泥石族、並びにカオリン及びモンモリロナイト等のような粘土鉱物等が挙げられる。本発明では、層状構造を有する珪酸塩化合物であれば、その種類について特に限定することなく用いることができる。また、層状構造を有する珪酸塩化合物は１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
上記層状構造を有する珪酸塩化合物は天然鉱物であってもよいし、合成化合物であってもよい。例えば、天然鉱物としては、スメクタイト系粘土鉱物、カオリン系鉱物、蛇紋石、雲母系粘土鉱物、タルク、パイロフィライト、クロライト、バーミキュライト及びセピオライト等が挙げられる。このうち、スメクタイト系粘土鉱物としては、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト及びヘクトライト等が挙げられる。カオリン系鉱物としては、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、アナウキサイト及びエンデライト等が挙げられる。蛇紋石としては、リザーダイト、アンチゴライト及びクリソタイル等が挙げられる。雲母系粘土鉱物としては、白雲母、セリサイト、イライト、金雲母及び黒雲母等が挙げられる。また、合成化合物としては、フッ素カリウムマイカ、フッ素ナトリウム四珪素マイカ及びフッ素金マイカ等の合成雲母が挙げられる。この中で、スメクタイト系粘土鉱物、カオリン系鉱物、蛇紋石、タルク、パイロフィライト、雲母系粘土鉱物、クロライト、バーミキュライト、セピオライト及び合成雲母からなる群より選ばれた１種又は２種以上が好ましく用いられ、特に、カオリナイト、白雲母、モンモリロナイト、セピオライト、金雲母及び合成雲母が好ましく用いられる。
【００１８】
上記（ｃ）成分の含有量は、要求される性能等に応じて種々の範囲とすることができるが、本発明の熱間塑性加工用潤滑剤組成物を１００質量％とした場合、好ましくは０を超え３５質量％以下、より好ましくは１〜３０質量％、更に好ましくは１〜２５質量％、より好ましくは１〜２０質量％、特に好ましくは１〜１０質量％である。上記（ｃ）成分の含有量を上記範囲とすることにより、十分な潤滑性能及び焼付き防止性能が得られると共に、潤滑剤中で分散性が低下して沈降や凝集を生じるのを抑制できるので好ましい。
【００１９】
本発明には、上記の成分以外にも、潤滑剤の性能向上を目的として種々の他の成分を添加することができる。多くの場合、粉体成分を希釈、分散させるための分散媒が含まれる。分散媒としては、本潤滑剤組成物と反応、変質又は劣化を生じさせず、加工工具、被加工材料に対して、腐食、反応又は劣化等の品質低下を生じさせないものであれば、特に制限無く使用することができる。ただし、引火点を示す成分は、加工中に発火、発煙等を生じて好ましくないため、通常は水が使用される。
【００２０】
上記他の成分としては、例えば、増粘剤としてポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、ヒドロキシエチルセルロース、キサンタンガム、ポリアクリル酸のアルカリ金属塩あるいはアンモニウム塩、ポリビニルピロリドン等の水溶性高分子化合物を使用することができる。また、造膜剤（バインダー）としてアクリル系、酢酸ビニル系、スチレン系、スチレン−アクリル系、エチレン−酢酸ビニル系等の樹脂エマルション、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体、ビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体等のアルカリ可溶性樹脂のアルカリ金属塩及び／又はアンモニウム塩を用いることができる。
【００２１】
他にも、潤滑添加剤として、水溶性及び／又は不水溶性のリン酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩等の無機化合物を添加することができる。また、製品の調整成分として、界面活性剤、ＰＨ調整剤、防腐剤、防食剤、消泡剤等の添加剤を適宜添加してもよい。上記以外の成分であっても、潤滑剤の性能を低下させず、且つ加工工具、被加工材料に対して、腐食、反応又は劣化等の品質低下を生じさせないものであれば、特に支障なく使用することができる。
【００２２】
本発明の熱間塑性加工用潤滑剤は、原体又は使用時に水を加えて希釈後、分散液を加工面に供給して使用することができる。供給方法としては、塗布、浸漬、流下等及びその他のいずれの方法を用いてもよい。一例として、ポンプ揚力で配管を通して噴射ノズルから工具（マンドレルバー、金型、孔型ロールなど）に供給する方法が挙げられる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の効果を実施例及び比較例を挙げて具体的に説明する。
（１）熱間塑性加工用潤滑剤組成物の調整
下記の成分を表１及び表２で示す割合で配合することにより、実施例１〜１２及び比較例１〜１１の各熱間塑性加工用潤滑剤を調整した。また、表１及び表２中の各成分の割合は質量％である。
（ａ）黒鉛：株式会社中越黒鉛工業所製  商品名「ＫＫ−７」（純度９９．９％、平均粒子径１０μｍ）
（ｂ）ジルコニア：第一希元素化学工業株式会社製  商品名「ＥＰ酸化ジルコニウム」（純度９９．０％、平均粒子径１μｍ）
（ｃ）カオリナイト：土屋カオリン工業株式会社製  商品名「ＮＮカオリンクレー」）
（ｄ）白雲母：山口雲母工業所製  商品名「マイカ粉Ａ−１１」
（ｅ）セピオライト：ＴＯＬＳＡ製  商品名「ＰＡＮＧＥＬ  Ｓ−９」
（ｆ）タルク：富士タルク工業株式会社製  商品名「ＰＫ５０」
（ｇ）モンモリロナイト：日本有機粘土株式会社製  商品名「ベンゲルＦ」
（ｈ）金雲母：山口雲母工業所製  商品名「ＮＣＲ−３００」
（ｉ）合成雲母：コープケミカル株式会社製  商品名「ミクロマイカＭＫ−１００」
（ｊ）チタニア：テイカ株式会社製  商品名「ＴＩＴＡＮＩＸ  ＪＲ−６００Ｅ」
（ｋ）スチレン−アクリル系樹脂エマルション：日本カーバイト工業株式会社製  商品名「ニカゾールＲＸ−７０１Ａ」
（ｌ）ヒドロキシエチルセルロース：三晶株式会社製  商品名「ＳＡＮＨＥＣ−Ｍ」
【００２４】
【表１】
0004189168.tif 000002
【００２５】
【表２】
0004189168.tif 000003
【００２６】
（２）試験方法
被圧延材料として、ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２、３２ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ１５ｍｍ）のものを使用した。図１に示す試験機を使用して、以下の表３に示す圧延条件で試験を行い、焼付き防止性能と潤滑性能の評価を行った。その結果を上記表１及び表２に示した。
【００２７】
【表３】
0004189168.tif 000004
【００２８】
焼付き防止性能の評価は、加工後の被加工材（工具側）の焼付きによる傷の発生本数を観察し、以下の基準で評価した。
▲１▼「◎」：傷（焼付き）の発生がないもの
▲２▼「○」：傷（焼付き）が１〜１０本発生したもの
▲３▼「△」：傷（焼付き）が１１〜２０本発生したもの
▲４▼「×」：傷（焼付き）が２１本以上発生したもの
【００２９】
また、潤滑性能は、図１に示す試験機を用いて、圧延方向に垂直にかけた応力と圧延方向と平行に働く応力を検出し、次式から摩擦係数を算出することにより評価を行った。ここで、摩擦係数の小さい場合は、小さい応力によりホローシェルの円周方向及び長手方向に均一な変形が生じ安く、安定した外形形状と肉厚分布が得られるため、摩擦係数の小さいほど、潤滑性に優れると評価した。
μ＝Ｐｔ／Ｐｒ
μ；摩擦係数、Ｐｔ；圧延方向と水平に働く応力
Ｐｒ；圧延方向と水平に働く応力
【００３０】
（４）実施例の効果
表２に示すように、本発明の上記（ａ）成分を含有しない比較例１は、焼付き防止性能は非常に悪く、しかも、摩擦係数も０．３０と大きく、潤滑性能に劣ることが判る。また、本発明の上記（ｂ）成分を含有しない比較例２〜１０は、焼付き防止性能評価に「◎」がなく、摩擦係数は０．０６〜０．２５と全般的にやや大きく、潤滑性能に劣ることが判る。特に、比較例３（タルク６質量％）、比較例４（白雲母６質量％）は、摩擦係数が０．２５及び０．１と大きく、潤滑性能が悪いことが判る。更に、本発明の上記（ｃ）成分を含有しない比較例１１は、焼付き防止性能が悪く、また、摩擦係数も０．０８と大きく、潤滑性能も悪いことが判る。
【００３１】
これに対して、表１に示すように、本発明の範囲内である実施例１〜１２の各熱間塑性加工用潤滑剤は、いずれも焼付きによる傷の発生は無く、焼付き性能に優れていることが判る。また、摩擦係数は０．０５〜０．０７と小さく、潤滑性能にも優れていることが判る。
以上より、黒鉛、ジルコニア成分及び層状構造を有する珪酸塩を含有するという本発明の構成を整えることにより、潤滑性能及び焼付き性能の優れた熱間塑性加工用潤滑剤を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の熱間塑性加工用潤滑剤は、黒鉛、ジルコニウム元素を含む無機化合物、及び層状構造の珪酸塩化合物を含有することにより、優れた潤滑性能と、焼付き防止性能を有する。
また、上記ジルコニウム元素を含む無機化合物をジルコニウム化合物とすることにより、更に優れた性能を有する。
更に、上記層状構造を有する珪酸塩化合物をスメクタイト系粘土鉱物、カオリン系鉱物、蛇紋石、タルク、パイロフィライト、雲母系粘土鉱物、クロライト、バーミキュライト、セピオライト、及び合成雲母からなる群より選ばれた１種又は２種以上とすることにより、いっそう優れた性能を有する。
また、上記黒鉛、ジルコニウム元素を含む無機化合物、及び層状構造の珪酸塩化合物の含有量を調整することにより、より優れた効果を奏する。
従って、本発明の熱間塑性加工用潤滑剤は、ステンレス鋼等のマンドレルミルによる継目無し鋼管の製造等に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】片側ロール圧延試験機械の概略図である。
【図１】
0004189168.tif 000005