JP2000345361A - 金属材料引き抜き加工の前処理 - Google Patents

金属材料引き抜き加工の前処理

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JP2000345361A
JP2000345361A JP11155162A JP15516299A JP2000345361A JP 2000345361 A JP2000345361 A JP 2000345361A JP 11155162 A JP11155162 A JP 11155162A JP 15516299 A JP15516299 A JP 15516299A JP 2000345361 A JP2000345361 A JP 2000345361A
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salt
acid
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borate
phosphonate
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Atsushi Maekawa
敦史 前川
Keiji Okuyama
啓嗣 奥山
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Kyoeisha Chemical Co Ltd
Original Assignee
Kyoeisha Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】作業環境の劣化を生ずることなく、高い潤滑剤
引き込み性を有する金属材料の引き抜き前処理を提供す
る。 【解決手段】金属材料引き抜き加工用前処理剤は、硼酸
塩を100重量部、ホスホン酸塩を0.1〜10重量
部、有機酸塩を0.4〜4重量部の割合で含む。この前
処理剤を溶解した処理溶液に、金属材料を接触させてか
ら乾燥する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属の線材、棒
材、パイプ材等を引抜き加工する前に使用される処理
剤、およびそのような処理剤を使用する処理方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】例えば鉄、鋼、ステンレス鋼、クロム
鋼、モリブデン鋼、チタン鋼または他の金属の線材、棒
材、パイプ材等の金属材料は、酸洗、もしくは機械的に
脱スケールした後、リン酸塩被膜、硼酸塩被膜、蓚酸塩
被膜または石灰石鹸被膜の前処理を施してから、必要に
応じて乾式潤滑剤、水溶性潤滑剤、または油性潤滑剤等
を用いて引き抜き加工される。
【0003】この種の前処理のうち、リン酸塩被膜は被
膜処理のための反応促進剤として亜硝酸塩を使用する。
ところがリン酸塩被膜のための化成被膜処理液が酸性の
ため亜硝酸ガスが発生し、作業環境が悪くなる。また化
成被膜処理液中に鉄イオンが増大し、あるいはスラッジ
と称する固形副生成物が生成し、安定したリン酸塩被膜
を形成することが困難となる。一定の化成被膜を得るに
は、化成被膜処理液の液管理に時間を要する。またリン
酸塩被膜処理した金属材料を熱処理すると材料に浸リン
をおこす。特開平10−16850号公報には、低スラ
ッジ化リン酸亜鉛処理が開示されている。しかしなが
ら、このリン酸塩被膜処理であっても、反応促進剤に亜
硝酸塩を使用するため、作業環境は改善されない。
【0004】硼酸塩被膜は、温度80℃以上に加熱した硼
酸ナトリウム(テトラ硼酸2ナトリウム塩、Na2B4O7・10H
2O)の水溶液に金属材料を浸漬し、自然乾燥あるいは強
制乾燥して得られる。処理操作は簡単で、液管理も簡単
である。しかし被膜の吸湿性が高く、梅雨時等、湿度が
高いと金属材料の引き抜き加工中に硼酸塩を被膜として
維持できず、焼き付きをおこし加工が困難となる。特開
平5−317954号公報には、金属線材の連続潤滑被
膜処理に硼酸塩を使用する例が開示されているが、やは
り処理液が褐色となり線材に酸化鉄が付着し、皮膜の付
着ムラが起こり、引き抜き加工中に焼き付きをおこす点
は改善されていない。
【0005】蓚酸塩被膜は、反応促進剤として亜硫酸ナ
トリウムを使用する。そのため亜硫酸ガスを発生し、作
業環境が悪くする。
【0006】石灰石鹸被膜は、金属材料を酸洗した後に
水洗し、石灰石鹸に浸漬処理し、強制乾燥して得られ
る。しかし水洗時に生成する金属表面の水酸化鉄が石灰
石鹸のアルカリにより褐色の酸化鉄に変わり、表面に錆
びが発生し、引き抜き加工後の金属表面に色ムラをおこ
す。水洗が不十分であれば金属表面に塩化鉄或いは硫酸
鉄が残留するため、やはり錆の発生は避けられない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の金属材料の引き抜き加工用前処理の技術に鑑みなされ
たもので、環境面での問題がなく、高い潤滑剤引き込み
性を有する金属材料の引き抜き前処理剤、およびその処
理剤を使用する処理方法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】上記課題を解決するため
の本発明を適用する金属材料引き抜き加工用前処理剤
は、硼酸塩を100重量部、ホスホン酸塩を0.1〜1
0重量部、有機酸塩を0.4〜4重量部の割合で含むこ
とを特徴としている。
【0009】硼酸塩は、ペンタ硼酸リチウム4水塩、ペ
ンタ硼酸ナトリウム4水塩、ペンタ硼酸カリウム4水塩か
ら選ばれる少なくとも1種類が好ましい。これらペンタ
硼酸塩を構成する硼酸とアルカリ金属とは、必ずしも当
量比の反応物である必要はなく、硼酸とアルカリ金属と
の反応モル比が5.0/0.8〜5.0/1.6の範囲であればよ
い。好ましくは5.0/0.9〜5.0/1.2である。モル比がこ
の範囲を外れると硼酸塩の吸湿性が大きくなり、被膜剤
として十分な効果が期待できない。
【0010】ホスホン酸塩は、アミノトリ(メチレンホ
スホン酸)、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホ
ン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン
酸)、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホ
ン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホ
ン酸)から選ばれるホスホン酸のリチウム塩、ナトリウ
ム塩または(および)カリウム塩が好ましい。なかでも
1−ヒドロキシエチリデンー1,1−ジホスホン酸のリチ
ウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩が特に好ましい。
【0011】有機酸塩は、フタル酸、ニトロフタル酸、
パラターシャルブチル安息香酸、セバチン酸、ドデカン
二酸から選ばれる有機酸のリチウム塩、ナトリウム塩ま
たは(および)カリウム塩が好ましい。なかでもニトロ
フタル酸のナトリウム塩、カリウム塩が特に好ましい。
【0012】同じく本発明を適用する金属材料引き抜き
加工の前処理方法は、硼酸塩とホスホン酸塩と有機酸塩
とを含む処理溶液に、金属材料を接触させてから乾燥す
ることを特徴としている。
【0013】この金属材料引き抜き加工の前処理方法
は、処理溶液を80℃以上にして前記接触をすることが
好ましい。加工すべき金属材料には、成分として鉄が含
まれていると適切に実施できる。
【0014】上記した本発明の前処理剤は、水に溶解し
て水溶液にし、この処理溶液で本発明の方法により金属
材料を処理する。処理溶液の作用機構については必ずし
も明確ではないが、金属材料の表面に形成されている金
属酸化物が処理溶液に溶け、金属の非酸化物が表面に現
れて材質を均一化し、その金属に処理溶液中の硼酸イオ
ン、ホスホン酸イオン、有機酸イオンと結合する。金属
材料に例えば鉄が含まれていると、硼酸鉄、ホスホン酸
鉄、有機酸鉄が金属材料の表面に形成される。これら鉄
塩の表面に、処理溶液に比較的過剰に含まれる硼酸塩が
連続無機被膜を形成する。このように金属表面の酸化物
が除去され均一化された表面に、皮膜が形成されるか
ら、色調が均一になり、色ムラが出ない。さらに外表面
にある硼酸塩の連続被膜は、吸湿を防止する。その結
果、油性及び乾式潤滑剤の引き込み性を高め金属材料の
引き抜き加工性が著しく改善されるとともに、均一な金
属肌を維持する。
【0015】また処理溶液の温度を80℃以上にするこ
とにより、金属材料の保有熱で処理後の処理溶液が自然
乾燥される。好ましくは90℃以上である。
【0016】尚、本発明の前処理剤を水溶液化した処理
溶液には、その機能を補完するため、例えば固着剤(天
然湖料であるフノリ、ニカワ、澱粉アルギン酸ナトリウ
ム、水溶性合成樹脂であるポリビニールアルコール、カ
ルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー
ス、ポリアクリル酸アルカリ塩及びその共重合体、ポリ
アクリルアミド)、非鉄用変色防止剤(ベンゾトリアゾ
ール等のアゾール化合物類)を併用してもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を説
明する。前処理剤は、以下のようにして製造される。撹
拌装置の付された容器に、水を入れ、次に秤量した硼
酸、メチレンホスホン酸、ニトロフタル酸を仕込み、撹
拌してこれらを溶解した後、水酸化カリウムにより上記
したモル比で中和する。この溶液を加熱乾燥し、乾燥物
を得て前処理剤とする。
【0018】得られた前処理剤は、85℃以上に加温し
た水に添加されて溶解され、処理溶液として使用され
る。処理溶液の濃度は、屈折計により屈折率を測定して
容易に知ることができ、金属材料の種類、加工度により
適宜に調整する。
【0019】この処理溶液に、金属材料を接触、例えば
10分程度の浸漬をする。この他、流しかけ、スプレーで
あってもよい。処理溶液の温度が85℃以上であれば、金
属材料を引き上げた後の保有熱で乾燥するから、強制乾
燥を必要としない。
【0020】このようにして、前処理された金属材料の
引き抜き加工は、通常の方法によってなされる。そのと
き、例えば乾式潤滑剤、油性潤滑剤が用いられることも
ある。
【0021】本発明を適用した実施例および本発明を適
用外の比較例につき行った試験を以下に説明する。表1
に示す実施例1〜6、比較例1〜8の配合による前処理
剤を、水に溶解して各々13%の処理溶液とした。各処
理溶液0.8Lを1Lビーカーに取り、90℃に温めて保
ちながら、前処理を行った。試験片は、熱間圧延鋼板SS
−400、35×50×1.2mmでスケールが付着したものを、各
処理溶液あたり20枚を用意した。
【0022】
【表1】 *1:ペンタ硼酸リチウム4水塩 *2:ペンタ硼酸ナトリウム4水塩 *3:ペンタ硼酸カリウム4水塩 *4:テトラ硼酸ナトリウム5水塩 *5:テトラ硼酸カリウム5水塩 *6:1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸リチウム *7:1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸ナトリウム *8:1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸カリウム *9:ニトロフタル酸リチウム *10:ニトロフタル酸ナトリウム *11:ニトロフタル酸カリウム
【0023】この試験片を2枚単位で、10%塩酸中に10
分間浸漬してスケールの除去を行った後、1Lの水で水
洗し、次いで処理溶液に5分間浸漬した。試験片を2枚ず
つ更新し各処理溶液あたり10回、この前処理を繰り返
した。全部の前処理済試験片につき、吸湿試験(前処
理済試験片を相対湿度95%の5Lデシケーター内に吊り
下げ、30℃で24時間放置し、重量増加率を吸湿率と
する)、防錆試験(前処理済試験片を屋内に24時間放
置し、発錆の状況を目視で判断)をした。また各処理溶
液の、外観変化(処理溶液中に試験片を浸漬して24
日間放置し、処理溶液を目視で観察して褐色濁りの発生
の有無)を観察した。各試験の結果は表2に示すとおり
である。表中の防錆度の欄における、○は錆び無し、△
は少し錆び有り、×は錆び多い、である。同じく液外観
の欄における、○は処理溶液の濁り殆ど無し、×は処理
溶液に褐色濁り大である。
【0024】
【表2】
【0025】実施例1〜6、比較例1、2、4〜7の前処理
剤を、60℃の水に濃度10重量%になるよう溶解し、
撹拌しながら90℃に昇温し、処理溶液を調整した。比
較例3の前処理剤は濃度30重量%、比較例8の前処理剤
は濃度5重量%、それ以外は、上記と同一条件で処理溶
液を調整した。
【0026】引き抜き加工(伸線)の試験用の線材とし
て、材質SWRH62A(JISG3506、線径5.5φmm)、および
材質SWRH72A (JISG3506、線径3.4φmm)を用意し
た。この線材を塩酸で洗浄し、水洗後、前記の各処理溶
液に約10分間浸漬してから引き上げ、自然乾燥して伸線
のための前処理を行った。前処理済の線径5.5φmmの
線材はダイス8連を有する貯線型伸線機により、速度3
00m/min.で8パス、線径2.3φmmまで伸線(引き抜き
加工)した。前処理済の線径3.4φmmの線材はダイス5
連の貯線型伸線機により、速度500m/min.で5パス、
1.0φmmまで引き抜き加工した。
【0027】伸線性および伸線後の線の表面状態を評価
し、結果を表−3に示してある。表中の伸線性の欄にお
ける、○は連続伸線が可能であった、×は連続伸線が不
可能であった、ものである。同じくの線表面状態の欄に
おける、○は均一色調、×は不均一色調、である。
【0028】
【表3】
【0029】
【発明の効果】以上詳細に説明したとおり、本発明の前
処理剤の処理溶液を用いて本発明の方法で前処理した金
属材料は、表面に硼酸金属、ホスホン酸金属、有機酸金
属が形成され、さらにその表面に、硼酸塩による均一に
連続無機被膜が形成される。そのため色ムラが出ないう
え、吸湿を防止できる。その結果、油性及び乾式潤滑剤
の引き込み性を高め金属材料の引き抜き加工性が著しく
改善されるとともに、均一な金属肌を維持する。また前
処理工程中で、処理溶液とともに強酸を使用しないた
め、作業環境悪化を招来することがない。さらに前処理
工程は1工程であるから、そのための設備を簡素化でき
る。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硼酸塩を100重量部、ホスホン酸塩
    を0.1〜10重量部、有機酸塩を0.4〜4重量部の割
    合で含むことを特徴とする金属材料引き抜き加工用前処
    理剤。
  2. 【請求項2】 該硼酸塩が、ペンタ硼酸リチウム4水
    塩、ペンタ硼酸ナトリウム4水塩、ペンタ硼酸カリウム4
    水塩から選ばれる少なくとも1種類であることを特徴と
    する請求項1に記載の金属材料引き抜き加工用前処理
    剤。
  3. 【請求項3】 該ホスホン酸塩が、アミノトリ(メチ
    レンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジ
    ホスホン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホ
    ン酸)、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホス
    ホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホス
    ホン酸)から選ばれるホスホン酸のリチウム塩、ナトリ
    ウム塩または/およびカリウム塩であることを特徴とす
    る請求項1に記載の金属材料引き抜き加工用前処理剤。
  4. 【請求項4】 有機酸塩が、フタル酸、ニトロフタル
    酸、パラターシャルブチル安息香酸、セバチン酸、ドデ
    カン二酸から選ばれる有機酸のリチウム塩、ナトリウム
    塩または/およびカリウム塩であることを特徴とする請
    求項1に記載の金属材料引き抜き加工用前処理剤。
  5. 【請求項5】 硼酸塩とホスホン酸塩と有機酸塩とを
    含む処理溶液に、金属材料を接触させてから乾燥するこ
    とを特徴とする金属材料の引き抜き加工の前処理方法。
  6. 【請求項6】 該処理溶液を80℃以上にして前記接
    触をすることを特徴とする請求項5に記載の金属材料の
    引き抜き加工の前処理方法。
  7. 【請求項7】 該金属材料に、成分として鉄が含まれ
    ていることを特徴とする請求項5または6に記載の金属
    材料の引き抜き加工の前処理方法。
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