(57)【要約】【課題】炭素鋼、合金鋼などの皮膜形成型冷間鍛造加工において、加工性に優れ、浸リン等の変質を起こさず、廃液量が少なく環境に対する負荷が低く、そして設備投資や操業費用の低減に繋がる、金属塑性加工用潤滑剤を提供すること。【解決手段】下記の成分を含有する金属塑性加工用潤滑剤：成分（Ａ）：水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸及び水溶性脂肪族ポリカルボン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種；成分（Ｂ）：固体潤滑剤、及び成分（Ｃ）：バインダー。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の成分を含有する金属塑性加工用潤滑剤：
成分（Ａ）：水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸及び水溶性脂肪族ポリカルボン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種；
成分（Ｂ）：固体潤滑剤、及び
成分（Ｃ）：バインダー。
【請求項２】
成分（Ｂ）が、脂肪酸金属石鹸及びワックスからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１記載の金属塑性加工用潤滑剤。
【請求項３】
成分（Ｃ）が、水溶性樹脂を含む、請求項１または２記載の金属塑性加工用潤滑剤。
【請求項４】
成分（Ａ）の水への溶解度が、１ｇ／１００ｇ（２０℃）以上である、請求項１〜３のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
【請求項５】
成分（Ａ）が、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グリコール酸、酒石酸、リンゴ酸、及びマレイン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
【請求項６】
成分（Ｃ）が、ガラス転移温度６０℃以上の水溶性樹脂である、請求項１〜５のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
【請求項７】
成分（Ａ）を１〜５０質量％含有する、請求項１〜６いずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
【請求項８】
成分（Ｂ）を１〜５０質量％、成分（Ｃ）を１〜３０質量％含有する、請求項１〜７のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤により形成される潤滑皮膜を表面に有する金属材料。
【請求項１０】
請求項９記載の金属材料を用いて形成される金属加工品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素鋼、合金鋼等の金属材料を冷間鍛造、押出、引き抜き等の塑性加工をする際に使用される、高面圧成形性に優れた金属塑性加工用潤滑剤に関する。さらに詳しくは、従来の化成処理皮膜形成型冷間鍛造等の塑性加工方法と比較して、作業工程の大幅な短縮が可能であり、設備投資の費用及び操業経費を縮小することができ、また廃液量が減少するため、環境負荷低減にも寄与する、高面圧成形性に優れた金属塑性加工用潤滑剤及びこれを用いた金属塑性加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷間鍛造加工では化成処理皮膜形成型冷間鍛造加工方法が一般的であるが、化成処理による皮膜形成は、水洗や酸洗など多数の処理工程を必要とし、水洗処理や化成処理などから各種の廃液が大量に発生し、環境に対する負荷が高い。また、化学反応の制御のため加温が必要であり、設備投資や操業に多額の費用がかかる。
【０００３】
このため、一工程の一液で皮膜を形成する金属塑性加工用潤滑剤の開発が行われており、硫黄、リン等の極圧添加剤を用いた検討がなされている。例えば、硫黄を配位原子とするキレート配位子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、リン系極圧剤としてアルキルホスホン酸誘導体が提案されている（例えば、特許文献２参照）。そして、硫化オキシモリブデンジヒドロカルビルジチオカーバメートが提案されている（例えば、特許文献３参照）。さらに、アルキルホスホン酸誘導体とリン酸金属塩が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００４】
しかし、従来の一液で皮膜を形成する処理方法では、高面圧で成型される加工度の大きい冷間鍛造の場合、化成処理皮膜と比較して加工性が劣り、また後工程に機械加工が無い線材などでは、浸リンの恐れがあるためリン系添加剤を含む潤滑剤は使用できないなどの欠点があり、未だユーザーの満足するものは得られていないのが現状であった。
【０００５】
【特許文献１】特許第３２１７０７２号
【特許文献２】特許第３３１４２０１号
【特許文献３】特許第３４１４６２８号
【特許文献４】特許第３５６７３１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、炭素鋼、合金鋼などの金属材料の塑性加工、特に皮膜形成型冷間鍛造加工において、加工性に優れ、浸リン等の変質を起こさず、廃液量が少なく環境に対する負荷が低く、そして設備投資や操業費用の低減に繋がる、金属塑性加工用潤滑剤を提供することである。
本発明の他の目的は、上記金属塑性加工用潤滑剤により形成される潤滑皮膜を表面に有する金属材料、この金属材料を用いて形成される金属加工品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下に示す、金属塑性加工用潤滑剤、この金属塑性加工用潤滑剤により形成される潤滑皮膜を表面に有する金属材料、この金属材料を用いて形成される金属加工品を提供するものである。
【０００８】
１．下記の成分を含有する金属塑性加工用潤滑剤：
成分（Ａ）：水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸及び水溶性脂肪族ポリカルボン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種；
成分（Ｂ）：固体潤滑剤、及び
成分（Ｃ）：バインダー。
２．成分（Ｂ）が、脂肪酸金属石鹸及びワックスからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、上記１記載の金属塑性加工用潤滑剤。
３．成分（Ｃ）が、水溶性樹脂を含む、上記１または２記載の金属塑性加工用潤滑剤。
４．成分（Ａ）の水への溶解度が、１ｇ／１００ｇ（２０℃）以上である、上記１〜３のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
５．成分（Ａ）が、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グリコール酸、酒石酸、リンゴ酸、及びマレイン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種である、上記１〜４のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
６．成分（Ｃ）が、ガラス転移温度６０℃以上の水溶性樹脂である、上記１〜５のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
７．成分（Ａ）を１〜５０質量％含有する、上記１〜６いずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
８．成分（Ｂ）を１〜５０質量％、成分（Ｃ）を１〜３０質量％含有する、上記１〜７のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤。
９．上記１〜８のいずれか１項記載の金属塑性加工用潤滑剤により形成される潤滑皮膜を表面に有する金属材料。
１０．上記９記載の金属材料を用いて形成される金属加工品。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の金属塑性加工用潤滑剤は、炭素鋼、合金鋼などの金属材料の塑性加工、特に皮膜形成型冷間鍛造加工において、加工性に優れ、浸リン等の変質を起こさず、また廃液量が少なく環境に対する負荷が低く、設備投資費用や操業費用を低減することができる。
本発明の金属塑性加工用潤滑剤が上記優れた効果を奏する理由としては、水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸または水溶性脂肪族ポリカルボン酸が、金属との反応性に富み皮膜形成時に強力に密着し、脂肪酸金属石鹸やワックスなどの固体潤滑剤を金属表面に強力に密着させ、加工時の被加工物の変形に伴う皮膜の破断を低減し、化成処理皮膜と同等以上の性能を示すためと考えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明について詳細に説明する。
本発明の成分（Ａ）として使用される水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸は、好ましくは炭素数２〜２０、さらに好ましくは炭素数２〜６の水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸である。好ましくは、グリコール酸、酒石酸、リンゴ酸、乳酸、タルトロン酸、グリセリン酸、シトラマル酸、クエン酸、イソクエン酸等であり、さらに好ましくはグリコール酸、酒石酸、リンゴ酸である。
【００１１】
本発明の成分（Ａ）として使用される水溶性脂肪族ポリカルボン酸は、好ましくは炭素数２〜２０、さらに好ましくは炭素数２〜６の水溶性脂肪族ポリカルボン酸であり、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸、ペンタカルボン酸等が挙げられる。好ましくは、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、グルタル酸、アジピン酸等であり、さらに好ましくはシュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸である。
本発明の成分（Ａ）として使用される水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸及び水溶性脂肪族ポリカルボン酸の水への溶解度は好ましくは１ｇ／１００ｇ（２０℃）以上であり、さらに好ましくは２ｇ／１００ｇ以上である。溶解度が１ｇ／１００ｇより低いと反応性が低下し、密着性も低下する傾向がある。
【００１２】
本発明の成分（Ａ）として使用する水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸、水溶性脂肪族ポリカルボン酸は分子量が小さいため（約２００以下）、脂肪酸金属石鹸、ワックス、水溶性樹脂、極圧添加剤と比較して潤滑性に劣る。しかし、金属との反応性に富むため、皮膜形成時に金属表面と強力に密着し、かつ脂肪酸金属石鹸やワックスなどの潤滑剤を、金属表面に密着させる補助的な働きをしていると考えられる。この効果により、加工時における被加工物の変形に伴う皮膜の破断が無く、良好な潤滑を示すものと考えられる。
本発明の成分（Ａ）として使用する水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸、水溶性脂肪族ポリカルボン酸をアルカリにより中和すると、皮膜形成時の金属表面への密着が弱くなり、結果として潤滑性が劣るようになる。
【００１３】
本発明の成分（Ｂ）の固体潤滑剤としては、脂肪酸金属石鹸及びワックスが好ましい。
脂肪酸金属石鹸としては、炭素数８〜２２の飽和脂肪酸と、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、及びアルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物または金属酸化物を反応させて得られる脂肪酸金属石鹸が挙げられる。特に好ましくは、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛である。
【００１４】
また、ワックスとしては、滴点が好ましくは６０℃以上、さらに好ましくは８０℃以上であることが望ましい。潤滑剤が使用される環境温度は、浴槽内で夏季に３０℃以上となる可能性があり、潤滑剤中のワックス成分が軟化すると凝集沈殿する恐れがあるためである。
【００１５】
本発明の成分（Ｃ）のバインダーとしては水溶性または水分散性樹脂が好ましい。好ましい水溶性樹脂または水分散性樹脂の例としては、ポリウレタン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、フェノール樹脂等が挙げられる。バインダーは、潤滑性の効果及び潤滑皮膜の強化を付与するためのものであり、ワックスと同様の理由で、ガラス転移温度が好ましくは６０℃以上、さらに好ましくは７０℃以上の水溶性樹脂が最適である。
【００１６】
本発明の潤滑剤はその他の汎用の添加剤を含有しても良い。このような添加剤としては、極圧剤、上記成分（Ｂ）として例示した固体潤滑剤以外の固体潤滑剤（例えば、トリステアリルホスファイト、チオジプロピオン酸ジステアリル、黒鉛、二硫化モリブデン、ポリフェニレンサルファイド、二硫化タングステン、雲母、フッ化黒鉛等）、界面活性剤、防錆剤、防腐剤、増粘剤などが挙げられる。
溶媒が必要な場合、水が最適であり、工業用水、水道水、純水、蒸留水などが挙げられる。
【００１７】
本発明の金属塑性加工用潤滑剤は、好ましくは、成分（Ａ）の水溶性脂肪族ヒドロキシモノまたはポリカルボン酸及び水溶性脂肪族ポリカルボン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種を１〜５０質量％、成分（Ｂ）の固体潤滑剤、好ましくは脂肪酸金属石鹸及びワックスからなる群から選ばれる少なくとも１種を１〜５０質量％、成分（Ｃ）のバインダー、好ましくは水溶性樹脂を１〜３０質量％、残部として水を０〜９７質量％含有する。さらに好ましくは、成分（Ａ）を１〜３０質量％、成分（Ｂ）を１〜２０質量％、成分（Ｃ）を３〜２０質量％、残部として水を３０〜９５質量％含有する。
本発明の潤滑剤は上記成分を混合することにより容易に調製することができる。
本発明の潤滑剤の被加工材への塗布量は好ましくは１〜８０ｇ／ｍ2、さらに好ましくは５〜４０ｇ／ｍ2である。
【実施例】
【００１８】
表１〜表３に示す成分を混合し、実施例１〜１６及び比較例１〜４の潤滑剤を調製した。
この潤滑剤に試験片を１０秒間浸漬して引き上げ、１５０℃の恒温槽で１０分間乾燥し、室温まで自然放冷することにより試験片上に乾燥皮膜を形成した。この時、乾燥皮膜として約１０ｇ／ｍ2塗布した。乾燥皮膜を塗布した試験片を、常温でφ24mmからφ20.1mmまで前方押出加工を行い、その際の成型荷重（ton）とノックアウト荷重（ton）を測定し、以下の基準で評価した。
比較例５は潤滑剤塗布に代えて化成皮膜（ボンデ皮膜）処理したものである。
試験条件
鍛造機：６００ｔｏｎクランクプレス
試験片：ＳＣＭ４３５Ｈ恒温焼きなまし処理，φ２４ｍｍ×３０ｍｍ（ＨＲＢ＝８７）
前方押出し試験の概略を図１に示す。
評価基準
成型荷重（ton）
○：33.0 ton未満  ×：33.0 ton以上
ノックアウト荷重（ton）
○：2.00 ton未満  ×：2.00 ton以上
【００１９】
【表１】
2009046607.tif 000002
【００２０】
【表２】
2009046607.tif 000003
【００２１】
【表３】
2009046607.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】前方押出し試験の概略を示す図面である。
【図１】
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