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JP3517522B2 - 金属材料の冷間塑性加工用水系潤滑剤 - Google Patents

金属材料の冷間塑性加工用水系潤滑剤

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JP3517522B2
JP3517522B2 JP18139696A JP18139696A JP3517522B2 JP 3517522 B2 JP3517522 B2 JP 3517522B2 JP 18139696 A JP18139696 A JP 18139696A JP 18139696 A JP18139696 A JP 18139696A JP 3517522 B2 JP3517522 B2 JP 3517522B2
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plastic working
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元治 村田
由男 松村
嘉彦 西澤
隆 小山
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Nihon Parkerizing Co Ltd
Original Assignee
Nihon Parkerizing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼、チタンおよ
びチタン合金、銅および銅合金、アルミニウムおよびア
ルミニウム合金等の金属よりなる材料を冷間塑性加工
（鍛造、伸管、伸線等）する際に用いられる、金属材料
の冷間塑性加工用水系潤滑剤（以下、水系潤滑剤と略記
する）に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属材料の塑性加工、例えば、鋼管の冷
間引抜き加工では、ダイス、プラグ等の工具と、被加工
材料との間に生ずる摩擦を低減し、かじり、あるいは焼
き付きの発生を防止し、引抜き加工を容易に行うため
に、液状の皮膜を形成したり、あるいは固体状の皮膜を
形成するような潤滑剤が使用されている。
【０００３】この種の潤滑剤のうち、液状潤滑剤の代表
的なものは、鉱油、動植物油および合成油等を基油とし
たいわゆる油系潤滑剤であり、一般に加工装置に組み込
まれた潤滑油供給装置から工具もしくは加工材料に直接
流しかけるような潤滑法が用いられている。油系潤滑剤
が使用されるのは比較的低加工度の場合に多く見られる
が、加工度が高い場合には、油の粘度を上昇させたり、
固体潤滑剤や極圧添加剤を添加して使用されている。一
方、固体皮膜の代表的なものは、加工材料と反応して素
地と良く密着したキャリヤ皮膜を形成するいわゆる化成
皮膜処理であり、炭素鋼や、低合金鋼では、りん酸亜鉛
系の皮膜を形成するりん酸塩皮膜処理が行われ、ステン
レス鋼では、しゅう酸鉄系の皮膜を形成するしゅう酸塩
皮膜処理が行われている。これらの化成皮膜処理を行っ
た後には通常反応型石けん潤滑処理が行われるが、この
様な２工程からなる潤滑処理を行うことにより、化成皮
膜のキャリヤ性と反応型石けん潤滑剤による潤滑性とを
組み合わせた非常に高い耐焼付き性を示す潤滑方法とす
ることができる。また、化成皮膜処理後反応型石けん潤
滑処理を行う場合には、一般に加工材料は引抜き加工に
先立って各々の処理槽に浸漬処理されるが、反応型の処
理であるため加工材料同士が線状に接触する部分が多少
あっても潤滑剤の付着ムラが少ないので数１０本単位で
まとめて処理する方式が取られている。
【０００４】しかしながら、加工条件の高速化、高圧化
要求と環境面、エネルギー面での要求の中で、化成皮膜
処理と反応型石けん潤滑処理とを組み合わせる潤滑法と
同等もしくはそれ以上の潤滑性能を有し、なおかつ、化
成皮膜で見られる問題点、例えば作業環境についての問
題（例えば、酸系の処理液を８０〜９０℃の高温で使用
するため、処理液の臭気と共にミストが環境を悪化させ
る）、廃棄物管理についての問題等の環境面での問題
や、工程短縮、省エネルギー、省スペース等のコスト面
での問題、さらには加工後の皮膜剥離性の問題（通常、
アルカリ脱脂および酸洗処理を要する）等を解決する潤
滑剤が要求されている。
【０００５】これらの問題点に対応すべく油系潤滑剤の
場合には、特公平４−１７９８号公報に、「塩素化パラ
フィン、燐酸エステル等の極圧剤とイソブチレンとｎ−
ブテンの共重合物と動植物油等を配合した潤滑油に金属
石けんや固体潤滑剤を配合した冷間加工用潤滑剤」が開
示されている。しかしながら、これらの高性能潤滑油で
あっても、化成皮膜処理後反応型石けん潤滑処理を行う
潤滑法との比較では加工性能にやや難があり、また、極
圧剤（＝極圧添加剤）を多量に使用しているため、加工
時に臭気が発生し、また加工後の軟化焼鈍工程で塩素や
リンが材料を腐食するという悪影響が懸念されている。
【０００６】また、水系潤滑剤の場合には、湿式のまま
で使用するものと、乾式皮膜として使用するものがある
が、湿式のまま使用する水系潤滑剤は前記の油系潤滑剤
のように工具あるいは加工材料に直接流しかけて使用さ
れるものであり、乾式皮膜として使用する水系潤滑剤と
は前記化成皮膜のように処理槽に浸漬処理した後乾燥工
程で水分を蒸発させ固体皮膜を得るものである。前者で
は、特公昭５８−３０３５８号公報に記載の「炭酸水素
塩（固形物）を主成分とし、これに少量の分散剤と界面
活性剤と固体潤滑剤とを加えた金属管の冷間乃至温間加
工用潤滑剤」が開示されているが、化成皮膜処理に代わ
って広く使用されるまでには至っていない。また、後者
には、「水溶性高分子またはその水性エマルションを基
材とし、固体潤滑剤と化成皮膜形成剤とを配合した潤滑
被覆用組成物（特開昭５２−２０９６７号公報）」や
「硼砂を主成分とする皮膜と石灰石けんや金属石けんを
組み合わせ、ステンレス鋼線を伸線加工する方法（特開
昭５０−１４７４６０号公報）」等が示されているが、
加工材料を一度に大量に浸漬処理し、その後強制乾燥す
ることにより乾燥皮膜を得る場合には、加工材料の部分
的な接触による付着ムラが必ず発生し、その結果、引抜
き加工時に焼付きが起こりやすくなるという非反応型潤
滑剤の大きな欠点を解消するには至っていない。この様
に、りん酸塩処理やしゅう酸塩処理等の化成皮膜処理と
反応型石けん処理とを組み合わせた潤滑システムに代わ
り、１工程で、加工性能、環境、廃棄物処理、省エネル
ギー、皮膜剥離性等の要求性能を実現できる潤滑剤は未
だ存在しないのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる要求
に応えるべく成されたものであって、りん酸塩処理やし
ゅう酸塩処理等の化成皮膜処理と反応型石けん処理とを
組み合わせた潤滑システムに代わり、水系で、高潤滑性
を有し、上述のごとき環境面での問題がなく、１工程で
処理が可能で、皮膜剥離が容易で、さらには加工材料を
浸漬法で大量に処理しても付着ムラによる焼付き性の低
下を起こさない、金属材料の冷間塑性加工用水系潤滑剤
を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解消するために鋭意検討した。その結果、素地に良く
密着し潤滑成分を工具面に導入する、皮膜形成が可能な
物質としての水溶性無機塩を基材とし、これと潤滑成分
としての固体潤滑剤と、潤滑成分もしくは潤滑補助物質
としての、鉱油、動植物油脂および合成油から選ばれる
油成分と、界面活性剤と水からなり、水溶性無機塩、固
体潤滑剤および油成分間の使用比率が一定の条件を満足
する水系潤滑剤が上記課題を解決するものであることを
見出した。すなわち、金属の冷間塑性加工に際しての潤
滑剤として上記水系潤滑剤を用いる場合には、浸漬等に
よる処理後の乾燥工程で、金属表面に、固体潤滑剤分散
された無機塩の皮膜が形成されると共に、油成分が皮膜
の外周部分にブリードして油膜を形成する。この油膜は
加工時の初期潤滑に寄与すると共に、加工材料同士の接
触部分の固体潤滑剤付着ムラを補い、その結果耐焼付き
性が著しく改善される。さらに塑性加工後の金属材料に
残存した、潤滑成分を、通常、アルカリ脱脂剤による処
理のみで除去することができる。
【０００９】かくして本発明は（Ａ）水溶性無機塩、
（Ｂ）固体潤滑剤 （Ｃ）鉱油、動植物油脂および合成油から選ばれる少な
くとも１種の油成分、（Ｄ）界面活性剤および（Ｅ）水
からなり、固体潤滑剤と水溶性無機塩との重量比（Ｂ／
Ａ）が０．０５／１〜２／１であり、水溶性無機塩と固
体潤滑剤の合計量に対する油成分の重量比（Ｃ／（Ａ＋
Ｂ））が０．０５／１〜１／１である、固体潤滑剤およ
び油成分が均一にそれぞれ分散および乳化した、金属の
冷間塑性加工用水系潤滑剤に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。（Ａ）の水溶性無機塩は、本発明の水系潤滑剤によ
って形成される、金属素地に良く密着した強固な皮膜を
構成する本体であって、金属材料の冷間塑性加工のキャ
リヤとして一般に使用される様な水溶性無機塩であれば
特に限定されないが、例えば四ほう酸ナトリウム（硼
砂）、四ほう酸カリウム、四ほう酸アンモニウム等のほ
う酸塩、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アンモニ
ウム等の硫酸塩、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム等の珪
酸塩、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等の硝酸塩等が挙
げられ、これらの中では硼砂、四ほう酸カリウムおよび
硫酸ナトリウムが好ましい。水溶性無機塩としては上述
のごときものを単独でもしくは２種以上組み合わせて用
いることができる。
【００１１】（Ｂ）の固体潤滑剤は、本発明の水系潤滑
剤中に均一に分散しており、該水系潤滑剤を加工材料に
塗布する際に、付着し、加熱乾燥により水分が蒸発した
際に生じる水溶性無機塩からなる皮膜の中に主としてあ
って、かじりや焼付きの発生防止に寄与する。かかる固
体潤滑剤としては、金属材料の冷間塑性加工に際して一
般に用いられる様な固体潤滑剤であれば特に限定されな
いが、例えば金属石けん、雲母、カルシウム化合物、金
属硫化物、窒化物、金属酸化物、高分子固体等が挙げら
れる。金属石けんは脂肪酸と金属との塩である。脂肪酸
としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、
ステアリン酸、ベヘニン酸、ヒドロキシステアリン酸等
が挙げられ、これらの中ではステアリン酸が好ましく、
金属としてはカルシウム、アルミニウム、マグネシウ
ム、バリウム、亜鉛、鉛、リチウム、カリウム等が挙げ
られる。かかる金属石けんとしては、ステアリン酸カル
シウムが好ましい。雲母としては絹雲母、白雲母、合成
雲母等が挙げられ、カルシウム化合物としては水酸化カ
ルシウム、炭酸カルシウム等が挙げられ、金属硫化物と
しては二硫化モリブデン、二硫化タングステン、二硫化
セレン等が挙げられ、窒化物としては窒化ほう素等が挙
げられ、金属酸化物としては酸化チタン、酸化亜鉛、シ
リカ等が挙げられ、高分子固体としてはＰＴＦＥ、ナイ
ロン、ポリエチレン等が挙げられる。その他、黒鉛、タ
ルク、金属等が挙げられる。これらの固体潤滑剤として
は通常粉末状のものを使用する。これらのうち、焼鈍時
に障害となる物質を含まず、かつ潤滑性に優れるステア
リン酸カルシウム等の金属石けんや雲母が好ましい。固
体潤滑剤としては上述のごときものを単独でもしくは２
種以上組み合わせて用いることができる。
【００１２】（Ｃ）の鉱油、動植物油脂および合成油か
ら選ばれる少なくとも１種の油成分は、本発明の水系潤
滑剤を金属材料に塗布後、乾燥を経て得られる水溶性無
機塩からなる乾燥皮膜上に油膜を形成するためのもので
あり、固体潤滑剤の付着ムラが発生し、耐焼き付き性が
低下している部分の潤滑性を補うためのものである。本
発明に用いられる油成分は、引火点、融点および粘度が
特定範囲のものであることが好ましい。すなわち、引火
点は１５０〜３００℃であることが好ましい。強加工の
冷間塑性加工では、加工後の金属材料の平均温度が１５
０℃以上に達する場合があるので、油成分の引火点が１
５０℃未満の場合、加工後、多量のガスが発生、引火す
る危険性がある。引火点が３００℃を超えると一般に粘
度が高く、融点が高くなるので、好ましくない。融点は
−２０〜２０℃であることが好ましい。融点が２０℃を
越えると水系潤滑剤中における油の乳化性、再乳化性が
低下し処理液の安定性が低下する傾向がある。融点が−
２０℃未満の油成分は、一般的に引火点を下げる傾向が
ある。さらに油成分は４０℃での粘度が５〜１００ｃＳ
ｔであることが好ましい。粘度が５ｃＳｔ未満である
と、一般的に引火点が低くなり、加工後、多量のガスが
発生し引火する危険性があり、また固体潤滑粒子間の滑
りが低下するため潤滑性が低下する傾向がある。一方粘
度が１００ｃＳｔを超えると、水系潤滑剤中における油
の分散性、再分散性が低下し水系潤滑剤の安定性が低下
する傾向がある。
【００１３】鉱油としては、例えばマシン油、タービン
油、スピンドル油等を、動植物油脂としては、例えばパ
ーム油、菜種油、椰子油、ひまし油、牛脂、豚脂、鯨
油、魚油等を、合成油としては、例えばエステル油（例
えば、エチレングリコール、トリメチロールプロパン等
の多価アルコールとステアリン酸、オレイン酸等の脂肪
酸とのエステル）、シリコーン油（例えばポリジメチル
シロキサン、ポリジフェニルシロキサン等）等を挙げる
ことができる。本発明で使用する油成分は、上記のごと
き鉱油、動植物油脂または合成油各単独またはこれらの
２種以上の組み合わせであるが、油成分として上述の引
火点、融点および粘度範囲を満たすことが好ましい。な
お、油成分の副次的効果として次の効果が挙げられる。
すなわち、本発明の水系潤滑剤を金属材料に加温下で塗
布する場合、通常、塗布に先立って水系潤滑剤を蒸気加
熱管で加温するが、この際固体潤滑剤の加熱管への付着
が油成分の存在により防止される。
【００１４】（Ｄ）の界面活性剤は、本発明の水系潤滑
剤中で、上記油成分を水中に均一に乳化させると共に、
固体潤滑剤を水中に均一に分散させるためのものであ
る。界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤、陰イ
オン性界面活性剤、両性界面活性剤、陽イオン性界面活
性剤のいずれも用いることができる。非イオン性界面活
性剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリオキ
シエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアル
キルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールと高級
脂肪酸（例えば炭素数１２〜１８）から構成されるポリ
オキシエチレンアルキルエステル、ソルビタンとポリエ
チレングリコール（もしくはエチレンオキシド）と高級
脂肪酸（例えば炭素数１２〜１８）から構成されるポリ
オキシエチレンソルビタンアルキルエステル等が挙げら
れる。陰イオン性界面活性剤としては、特に限定されな
いが、例えば、脂肪酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸
塩、りん酸エステル塩、ジチオりん酸エステル塩等が挙
げられる。両性界面活性剤としては、特に限定されない
が、例えば、アミノ酸型およびベタイン型のカルボン酸
塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩、りん酸エステル塩
等が挙げられる。陽イオン性界面活性剤としては、特に
限定されないが、例えば、脂肪族アミン塩、第四級アン
モニウム塩等が挙げられる。これらの界面活性剤は各単
独で、もしくは２種以上組み合わせて用いることができ
る。
【００１５】（Ｅ）水は、固体潤滑剤の分散媒体とし
て、また、油成分を界面活性剤を用いて均一に乳化させ
るときの媒体として、さらに、水溶性無機塩の溶媒とし
て機能する。本発明の水系潤滑剤は、上記した必須成分
以外に、通常の、金属の冷間塑性加工用水系潤滑剤に含
有させることがある、脂肪酸、高級アルコール等の油性
向上剤、塩素系、硫黄系等の極圧添加剤、消泡剤、防腐
剤等を含有していても良い。本発明の水系潤滑剤には、
また、潤滑性、防錆性の向上を目的に、コロイド状チタ
ン化合物を含有させることができる。コロイド状チタン
化合物としては、例えば硫酸とチタンとの化合物または
りん酸とチタンとの化合物等を水酸化ナトリウム等で中
和して得られる白濁液が挙げられる。
【００１６】本発明の水系潤滑剤においては、固体潤滑
剤と水溶性無機塩との重量比（Ｂ／Ａ）は０．０５／１
〜２／１であることが必要であり、０．１／１〜１．５
／１であることが好ましく、０．３／１〜１．５／１で
あることがさらに好ましい。具体的には塑性加工する金
属材料の形状、加工条件、加工装置等の条件によって設
定すれば良い。該重量比が０．０５／１未満であると得
られる皮膜の潤滑性が低下し、金属材料にかじりや焼付
きが発生する。また該重量比が２／１を超えると得られ
る皮膜と素地との密着性および皮膜の硬さが低下するた
め、金属材料の表面に形成された乾燥皮膜が工具入口に
導入される時にそぎ落とされやすくなり、潤滑性が低下
する。
【００１７】また、水溶性無機塩と固体潤滑剤の合計量
に対する油成分の重量比（Ｃ／（Ａ＋Ｂ））は０．０５
／１〜１／１であることが必要であり、０．１／１〜
０．８／１であることが好ましい。該重量比が０．０５
／１未満であると、油成分が乾燥時に皮膜の表面にブリ
ードする作用が低下し、固体潤滑剤の付着ムラが発生し
耐焼付き性が低下している部分の潤滑性をブリードした
油分がカバーするという本水系潤滑剤の主たる効果が著
しく損なわれる。また、該重量比が１／１を超えると皮
膜表面への油分のブリード性には問題がないものの、得
られる皮膜が硬い固体状皮膜にならないため潤滑剤導入
量が低下し潤滑性が低下する。
【００１８】本発明の水系潤滑剤中の（Ｄ）成分である
界面活性剤の使用量は、油成分を水中に均一に乳化させ
ると共に、固体潤滑剤を水中に均一に分散させるという
機能を達成し得る最低量以上である限り、特に制限はな
いが、多すぎると泡が立ちやすくなり、また経済的でな
く、通常水系潤滑剤中０．２〜５重量％の濃度であるこ
とが好ましい。本発明の水系潤滑剤中の固形分［Ａ＋Ｂ
＋Ｃ＋Ｄ＋任意固形分（＝前述の油性向上剤等の任意添
加成分の固形分）とする］濃度については、特に制限は
ないが、調製、流通、保存時においては２０〜４５重量
％程度であることが好ましく、使用時においては５〜４
５重量％程度であることが好ましい。
【００１９】本発明の水系潤滑剤の製造方法については
特に制限はなく、製造された水系潤滑剤が上述の条件を
満足していれば良いが、一般に、（Ａ）水溶性無機塩を
水に溶解した後（Ｂ）固体潤滑剤を均一に分散させた液
に、（Ｃ）油成分を（Ｄ）界面活性剤で水に均一に乳化
させた液を加えて、系中で、固体潤滑剤が均一に分散
し、油成分が均一に乳化するように、攪拌することによ
り製造するのが好ましい。固体潤滑剤の分散、油成分の
乳化および最終撹拌に際しては、ホモジナイザーを用い
て強攪拌するのが、均一で微細な乳化、分散液を得るた
めに好ましい。本発明の水系潤滑剤は、金属材料の種
類、冷間塑性加工の種類、金属材料の加工度等に応じ、
使用時水で希釈することができる。希釈して得られる水
系潤滑剤も本発明の範囲内に入る。
【００２０】本発明の水系潤滑剤は、鉄鋼、チタンもし
くはチタン合金、銅もしくは銅合金、アルミニウムもし
くはアルミニウム合金等の金属よりなる管材、線材、棒
材等の材料を冷間塑性加工（伸管、伸線、鍛造等）する
際に使用する潤滑剤として用いることができ、特に鋼管
を引抜き加工する際に使用する潤滑剤として用いること
ができる。本発明の水系潤滑剤を塗布するに先立って、
加工する金属材料を脱脂（通常アルカリ脱脂剤を使用す
る）、水洗、酸洗（金属材料の酸化スケールを除去し、
皮膜の密着性を高めるために塩酸等を用いて行う）、水
洗の順に前処理することが好結果を得るために好まし
い。酸化スケールが付着していない場合、酸洗→水洗は
不要である。これらの前処理は常法により行えば良い。
【００２１】本発明の水系潤滑剤は、浸漬、流しかけ等
の方法により加工する金属材料に塗布する。塗布時の水
系潤滑剤の温度は、特に制限ないが、常温〜９０℃が適
当であり、浸漬の際の時間は、特に制限ないが、金属材
料の温度が液温と同等になるまで、例えば通常５分〜１
０分程度が適当である。塗布後液切りを行った後に、乾
燥炉等で、特に制限ないが、通常６０〜１５０℃で塗膜
を乾燥し、乾燥皮膜とする。乾燥皮膜の厚さは、金属材
料の加工形態、加工度、表面粗さ等によって最適値が異
なるが、一般に１〜５０ｇ／ｍ2、好ましくは５〜４０
ｇ／ｍ2である。乾燥皮膜の厚さが薄すぎる場合には、
工具と金属材料との接触がきつくなり焼付きを起こしや
すくなり、厚すぎる場合には、乾燥皮膜の大部分が加工
面に引き込まれず排除されるため水系潤滑剤のロスが大
きくなる。
【００２２】本発明の水系潤滑剤を用いた場合の金属材
料の塑性加工は通常行われている方法によって行えば良
い。金属材料の塑性加工に際し、本発明の水系潤滑剤を
用いる場合には、塑性加工後の残存皮膜の剥離が容易で
ある。塑性加工により成形を行う場合には、通常潤滑処
理と塑性加工とを繰り返し行うことにより、徐々に目的
とする製品形状を作り出す工法がとられているが、この
際に加工硬化した金属材料をそのまま次の塑性加工工程
に移すと加工荷重が高く成形しずらいため、金属材料の
軟化を目的とした焼鈍が行われる。焼鈍時に皮膜が残存
していると、潤滑剤中の成分により、金属材料の浸炭、
浸硫、浸りん等が発生し、金属材料そのものの耐食性や
機械的強度を損なう場合があり好ましくない。また、塑
性加工後再度潤滑処理を行う際には、前の潤滑皮膜が残
存すると、新たに形成した皮膜の密着性が劣るため好ま
しくない。したがって、通常塑性加工後残存皮膜を除去
するが、従来の化成皮膜処理と反応型石けん処理とを組
み合わせた潤滑システムでは残存皮膜の除去に少なくと
もアルカリ脱脂処理と酸洗（塩酸酸洗や硫酸酸洗）処理
とを要していた。これに対し本発明の水系潤滑剤を用い
る場合には残存皮膜の除去は通常アルカリ脱脂剤のみで
行うことができる。かかるアルカリ脱脂剤としては通常
用いられる、例えば、りん酸ナトリウム、珪酸ナトリウ
ム、界面活性剤等を含有するものを用いれば良く、具体
的には例えば日本パーカライジング（株）製のファイン
クリーナー４３６０等を用いることができる。
【００２３】本発明の水系潤滑剤の作用については、必
ずしも明確ではないが、本発明の水系潤滑剤を金属材料
に塗布し、加熱乾燥して乾燥皮膜とする際に、油成分が
エマルションとして皮膜の外周部分にブリードし、ブリ
ードした油成分が乾燥皮膜の付着の少ない部分の潤滑性
をカバーするものと解される。すなわち、このようない
わば潤滑補助物質を水系潤滑剤の１成分として含有さ
せ、乾燥工程で皮膜の外周部分にブリードさせることに
より、ダイス、プラグ、パンチ等の工具と加工材料との
摩擦が低減され、焼付き現象が著しく低減されるものと
解される。また、冷間塑性加工後の残存皮膜の剥離が容
易な理由も必ずしも明確でないが、水溶性無機塩からな
る皮膜がアルカリ脱脂剤で容易に剥離するため、これに
付着していた固体潤滑剤および油成分も一緒に除去され
るものと解される。
【００２４】
【実施例】本発明による水系潤滑剤を、下記実施例によ
り具体的に説明する。 実施例１〜１６ 水系潤滑剤の調製、塗布および鋼管引抜き試験 表１に示す組成で潤滑剤を調製した。調製は水溶性無機
塩を水に溶解した後、固体潤滑剤を均一に分散させた液
に、油成分を界面活性剤で均一に乳化させた液を加え
て、系中で、固体潤滑剤が均一に分散し、油成分が均一
に乳化するように撹拌することにより行った。これらの
分散、乳化はホモジナイザーを用いて行った。水系潤滑
剤の調製に使用した原料は、水溶性無機塩においてはい
ずれも試薬１級とし、ステアリン酸カルシウムは固形分
３０％の水への分散液を、ＰＴＦＥは固形分６０％の水
への分散液を、マシン油は４０℃の粘度が４６ｍｍ2／
ｓのものを、パーム油は５０℃の粘度が２８ｍｍ2／ｓ
の精製パーム油を、エステル油は５０℃の粘度が６４ｍ
ｍ2／ｓの、トリメチロールプロパンとラウリン酸と、
オレイン酸のダイマーとの縮合エステルを使用した。ま
た、界面活性剤は、ポリオキシエチレンアルキルエーテ
ルを使用し、添加量は潤滑剤全量の１重量％とした。
【００２５】ついで調製した水系潤滑剤を炭素鋼鋼管も
しくはステンレス鋼鋼管に塗布、乾燥し、得られる乾燥
皮膜を有する鋼管を引抜き試験に付し、管内面および外
面の傷の発生状況と加工後の残存皮膜の脱膜性から水系
潤滑剤の性能を評価した。引抜き材料は、炭素鋼鋼管に
おいては外径２５．４ｍｍ、肉厚３．０ｍｍのＳＴＫＭ
１３Ａ材を使用し、ステンレス鋼鋼管においては外径２
５．０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍのＳＵＳ３０４材を使用し
た。
【００２６】水系潤滑剤の塗布に先立って、これらの鋼
管を以下の前工程に付した。炭素鋼鋼管は（１）〜
（４）の工程に順に付し、ステンレス鋼鋼管は（１）お
よび（２）の工程に順に付した。 （１）脱脂 アルカリ脱脂剤：日本パーカライジング
（株）製ファインクリーナー４３６０、濃度：２０ｇ／
Ｌ、温度：６０℃、浸漬時間：１０分 （２）水洗 常温の水道水に浸漬 （３）酸洗 工業用塩酸、濃度：１７．５重量％、温
度：常温、浸漬時間：１０分 （４）水洗 常温の水道水に浸漬 水系潤滑剤の塗布は、処理液温度を５０℃とし浸漬によ
り行った。処理後の乾燥は、トンネル形状の乾燥箱中に
処理材を置き、灯油を熱源としたジェットヒーターを用
い、１００〜１２０℃の温度で１時間行った。
【００２７】引抜き試験はチェーン式１０トンドローベ
ンチを用いて、超硬工具からなるダイス［富士ダイス
（株）製超硬ダイス（ＫＤ型）］およびプラグ［富士ダ
イス（株）製超硬プラグ（ＭＢ型）］を使用し、引抜き
速度１７ｍ／分で行った。ＳＴＫＭ１３Ａ材の減面率
（＝断面減少率）は４６％（引抜き後の外径２０ｍｍ、
肉厚２ｍｍ）、ＳＵＳ３０４材の減面率は４３％（引抜
き後の外径２０ｍｍ、肉厚１．７５ｍｍ）とした。な
お、減面率は加工前の断面積をＡ0、加工後の断面積を
Ａ1とすると 減面率（％）＝（Ａ0−Ａ1）／Ａ0 ×１００ で表わされる。
【００２８】管の内面および外面の傷の発生状況は成形
管を目視で観察し、以下に示す４段階で評価した。 ◎：傷の発生が皆無で、仕上がりのムラも認められない
もの ○：傷の発生はないが、仕上がりのムラの認められるも
の △：わずかではあるが傷が認められるもの ×：明らかに傷の発生が認められるもの なお、上記評価において、傷とは管の内面もしくは外面
に見られる筋上の焼付き傷を意味し、仕上がりのムラと
は引抜き後の面に、光沢部分となし地部分が混在し、光
沢の違いが出ている状態を意味する。
【００２９】加工後の残存皮膜の脱膜性試験はアルカリ
脱脂剤（日本パーカライジング（株）製ファインクリー
ナー４３６０；濃度２０ｇ／Ｌ）を用いて行った（温度
６０℃）が、その評価はアルカリ脱脂後の管の目視観察
により以下の４段階で表した。 ◎：浸漬５分で皮膜の残存が確認できなくなるもの ○：浸漬１０分で皮膜の残存が確認できなくなるもの △：浸漬１０分でも皮膜が残存するもの ×：浸漬２０分でも皮膜が残存するもの 引抜き試験の結果も表１に示す。
【００３０】比較例１〜１０ 表２に示す組成とする以外は実施例１〜１６と同様にし
て水系潤滑剤を調製し、実施例１〜１６と同様にして試
験を行った。結果も表２に示す。本発明の範囲外ではい
ずれも引抜き試験後の管の外面や内面に傷が発生した
り、加工後の残存皮膜のアルカリ脱脂性が問題となって
いる。
【００３１】比較例１１および１２ 実施例１〜１６で用いたと同種の鋼管を表２に示す条件
で化成処理および反応型石けん潤滑処理に付した。得ら
れた潤滑処理鋼管を実施例１〜１６と同様な引抜き試験
に供した。結果も表２に示す。傷の発生、仕上がりムラ
は生じなかったが、引抜き加工後の残存皮膜の脱離性が
悪かった。
【００３２】実施例１７〜１９ 水系潤滑剤の調製、塗布および鍛造試験 表３に示す組成とする以外は実施例１〜１６と同様にし
て水系潤滑剤を調製し、得られた水系潤滑剤を炭素鋼に
塗布、乾燥し、得られる乾燥皮膜を有する炭素鋼を後方
せん孔試験に付し、良好せん孔深さから水系潤滑剤の性
能を評価した。後方せん孔試験に供した材料は市販の炭
素鋼Ｓ４５Ｃ焼準材（硬さ：Ｈｖ１８０程度）であり、
試験片の形状は、直径を３０ｍｍφ一定とし、高さを１
６〜４０ｍｍまで２ｍｍピッチで変えたものである（１
３水準）。水系潤滑剤の塗布は浸漬により、水系潤滑剤
温度８０℃で行った。塗布液の乾燥は、熱風循環式乾燥
炉を用い、９０〜１００℃で１時間行った。
【００３３】後方せん孔試験は、２００トンクランクプ
レスを用い、金型にセットし外周部を拘束した円形状試
験片の上方からパンチを打ち付け、カップ状の成型物を
得る方法により行った。試験片底部の残し代が１０ｍｍ
一定となるようプレス機の不死点を調整し、試験片高さ
により加工部分の表面拡大比が高くなる（より深い孔に
なる）よう設定し、焼付きを起こさずに加工できた孔の
深さ（良好せん孔深さ）から、水系潤滑剤の性能を評価
した。 金型 ：材質ＳＫＤ１１、試験片挿入部分の直径３
０．４ｍｍ パンチ ：材質ＳＫＨ５３、ランド径２１．２１ｍｍ 減面率 ：５０％ 加工速度：３０ストローク／分 後方せん孔試験の図を図１に示す。後方せん孔試験の結
果も表３に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
【発明の効果】本発明の水系潤滑剤を用いる場合には、
金属材料の冷間塑性加工において、従来の化成皮膜／反
応型石けん処理と同等の潤滑性を１工程で達成できると
共に、作業環境、処理液管理、廃棄物等の問題点を大き
く改善することができる。本発明の水系潤滑剤を用いて
金属材料の冷間塑性加工を行う場合には、さらに、加工
後の残存皮膜の除去が化成皮膜／反応型石けん処理に比
し容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】水系潤滑剤を用いて行った炭素鋼の後方せん孔
試験の概要を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｍ 105:24 Ｃ１０Ｍ 105:32 105:32 107:38 107:38 125:22 125:22 125:26 125:26） Ｃ１０Ｎ 10:02 Ｃ１０Ｎ 10:02 10:04 10:04 30:00 Ａ 30:00 30:06 30:06 40:24 Ｚ 40:24 50:02 50:02 (72)発明者 小山 隆 東京都中央区日本橋一丁目15番１号 日 本パーカライジング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−125792（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−193994（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−80495（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−68697（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−198395（ＪＰ，Ａ) 米国特許5484541（ＵＳ，Ａ) 英国特許出願公開2003923（ＧＢ，Ａ) 中国特許出願公開第1059361号明細書 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C10M 173/00 - 173/02 C10M 101/00 - 111/06 C10M 125/00 - 125/30 C10M 129/00 - 141/12 C10M 145/00 - 145/40 C10N 10:02 - 10:08 C10N 30:00 C10N 30:06 C10N 40:20 - 40:24 C10N 50:02 B21C 9/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（Ａ）四ほう酸ナトリウム、硼砂、四ほう
    酸カリウムおよび硫酸ナトリウムから選ばれる少なくと
    も１種の水溶性無機塩、 （Ｂ）ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム
    およびステアリン酸亜鉛からなる金属石けん、雲母およ
    びＰＴＦＥから選ばれる少なくとも１種の固体潤滑剤、 （Ｃ）鉱油、動植物油脂およびエステル油から選ばれる
    少なくとも１種の油成分、 （Ｄ）油成分を水中に均一に乳化させると共に、固体潤
    滑剤を水中に均一に分散させるための界面活性剤、およ
    び （Ｅ）水からなり、固体潤滑剤と水溶性無機塩との重量
    比（Ｂ／Ａ）が０．０５／１〜２／１であり、水溶性無
    機塩と固体潤滑剤の合計量に対する油成分の重量比（Ｃ
    ／（Ａ＋Ｂ））が０．０５／１〜１／１である、固体潤
    滑剤および油成分が均一にそれぞれ分散および乳化し
    た、金属材料の冷間塑性加工用水系潤滑剤。
  2. 【請求項２】 金属石けんがステアリン酸カルシウムで
    ある請求項１記載の冷間塑性加工用水系潤滑剤。
  3. 【請求項３】 水溶性無機塩と固体潤滑剤の合計量に対
    する油成分の重量比（Ｃ／（Ａ＋Ｂ））が０．１／１〜
    ０．８／１である請求項１または２記載の冷間塑性加工
    用水系潤滑剤。
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