JP2001062510A - 金属熱間加工方法及び金属熱処理方法 - Google Patents

金属熱間加工方法及び金属熱処理方法

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JP2001062510A
JP2001062510A JP28333799A JP28333799A JP2001062510A JP 2001062510 A JP2001062510 A JP 2001062510A JP 28333799 A JP28333799 A JP 28333799A JP 28333799 A JP28333799 A JP 28333799A JP 2001062510 A JP2001062510 A JP 2001062510A
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hot working
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siloxane
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Hiroshi Kokuta
博 穀田
Yoshihiro Saito
好弘 斉藤
Tetsuo Sakai
哲夫 左海
Yujo Marukawa
雄浄 丸川
Masaki Kiuchi
正樹 木内
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  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は,金属の熱間加工時に,大気中の酸
素や冷却水の分解酸素等により,金属が酸化しスケール
化することを削減する方法に関し,冷間または熱間で造
膜する高分子無機化合物金属を使用する,熱間加工法及
び金属熱処理方法である。 【構成】 金属の熱間加工時に,酸化を還元防止し,酸
化を遮断する.シラノールやシロキサン,酸化硼素,水
素化硼素の一種以上を含有する,水性造膜性無機化合物
の,水性物か固体物を使用し,大気中の酸素や冷却水の
分解酸素でスケール化することを防止する,金属の熱間
加工法及び熱処理する方法,またシラノールやシロキサ
ン,酸化硼素,水素化硼素の1種以上を含有する,水性
造膜性無機化合物,水性物か固体物を使用し,熱間加工
中の潤滑性を向上させる,熱間加工方法及び金属熱処理
方法

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】金属の熱間加工時や熱処理時に,
多大のスケールを発生し,その粗鋼ロスありジスケーリ
ング処理並びに酸洗い処理費用と廃水処理費用が嵩み,
合理化とコストダウンする方法を求められていたが,有
効な方法はなかった。熱間高温処理に耐えて,酸化防止
する金属表面造膜材とその処理法が開発されれば,粗鋼
効率向上とジスケーリング・酸洗い工程の削減・廃棄物
廃水処理費の削減及び付帯エネルギー・COの低減等の
広範な合理化コストダウンをもたらすものと考える。
【0002】
【従来の技術】従来技術には,スケール防止材として,
エステル類と鉱油を必須成分とする油性材料を使用した
方法が提案されている。金属の熱間圧延処理温度は約1
000度に及び,コイル巻き取り時であっても,有機成
分が分解する550度以上になっている。有機物が熱分
解し還元性ガスを発生したとしても,安定的にスケール
の発生を制御するには至らなかった。油性材に硼砂その
他を混入して使用しても,無機物が残存して無機塗膜を
形成する方法はなかった。
【0003】熱間処理温度550〜1000度で有用な
材料は,無機物のみであるが,スケール防止には酸化を
防止する酸化遮断機能や慴動に耐える密着性,温度変化
に対する膨張収縮追随性,表面硬度などの実用に耐える
諸機能を有していなければならない。
【0004】ガラス特に珪酸ガラスは耐熱性あって,1
000度で熱可塑化するが,水溶性にはならず,密着性
に劣る。
【0005】水溶性の無機材に,水ガラスやフリットが
ある。何れも塗膜断面を顕微鏡観察してみると,コロイ
ド粒子の結合のように判断された。塗膜状にならず,粒
子結合であれば,接着とフレキ性を必要とするコール巻
き取りに難があった。
【0006】熱間1000度の雰囲気で,溶融付着固化
する粉体として,硼酸や硼砂,エアロジルなどがある
が,一部融着はするが,全面を被覆するに至らず,粉塵
で作業環境が悪い。
【0007】金属熱間加工や金属熱処理に,従来技術の
油性材や鉱物粉やその複合材,また各種無機材を試みら
れたが,高温雰囲気と激しい機械強度を受ける作業条件
に耐えて,金属綱帯の酸化を防止する皮膜を形成し,ス
ケール発生を防止する,材料も方法もなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】熱間加工や熱処理作業
環境上,有機物の燃焼ガスや揮発性溶剤の発生があって
はならず,また粉塵煤塵があってはならない。
【0009】熱間圧延金属の酸化防止を還元性ガスだけ
で実施するのは困難であるから,酸化を遮断して造膜す
る無機物が望まれている。更に同時に還元性ガスを発生
するものがあれば最適である。適当な対応方法なく,加
熱条件や雰囲気条件調整で対応するしかなかった。
【0010】熱間圧延時には,ロールの加圧と慴動摩擦
あり,この力えの耐力強度がなければならない。従来技
術にはこれに適するものはなかった。
【0011】
【課題を解決する方法】無溶剤物は水性材であり,高分
子と同様な造膜性があるのは無機高分子と考えられる。
課題を解決する方法は,1000度の耐熱性ある無機材
で造膜する無機高分子があればよい。有機物を組成に含
まない無機高分子で,Siに水素結合するものは,シロ
キサンであり(シリコンは有機物側鎖がある),シロキ
サン[HSi−O−SiH]は1000度でHの還
元性ガスを放出しながら−Si−O−Si−結合の石英
化するものと考えられる。
【0012】シロキサンの前駆体はシラノール[SiH
OH4−n]と考えられる。熱間加熱すればシラノー
ルはシロキサンになると考えられる。
【0013】即ち,造膜性あれば,熱間加工や熱処理に
は,シロキサンでもシラノールであっても,あるいはそ
れらの混合物であっても本発明目的に適応すると考えら
れた。
【0014】現状の熱間加工工程で,固体状の硼砂は引
き抜きの熱間慴動材に使用されている。または油剤に混
合して使用されている。然しながら,溶解度は 5g/
100cc水 と低いが,水性高濃度で高分子量があり
造膜性あれば本目的に使用し得ると考える。
【0015】
【課題を解決する手段】本発明者は,先に,シラノール
塩とシロキサンを組成物とした,加熱すれば可塑性を生
じる,高分子量のある水性造膜性無機化合物を開発した
(以後LCと略称する)。合成樹脂と同様の成型性を得
ることのできる,成型造膜性あり,高分子量のある,熱
可塑性高分子アモルフアス水性造膜性無機化合物であ
る。それを,TMS(トリメチルシリル)法の重量平均
分子量測定したところ,1号水ガラスが135であった
が,比重1.5で4800の高分子量の結果を得た。
【 0 0 1 6
】前項の水性造膜性無機化合物をステンレス
箔の上にとり,高温顕微鏡で,200度から1000度
までの加熱挙動を観察した。加熱温度上昇に従い表面造
膜し,吸着水が蒸発し,発泡状態になり,600度では
泡沸石に硬化し,更に加温が進むと,800度では,可
塑化してペースト状体になった。下温すると,ステンレ
スの収縮に応じて剥離することなく塗膜化し硬化した。
表面硬度は,鉛筆硬度で9H以上であった。以上の事実
は,前記水性造膜性高分子無機化合物は,熱間550〜
1000度において塗布し造膜する特徴を有する事を示
したものである。
【0017】前述したように,硼砂固体物を現に有効に
使用しているから,この水溶液で造膜性あれば金属熱間
圧延加工法や金属熱処理法に使用し得ると考えられる。
本発明者は特開平8−73212号(以後PHNと略称
する)で,硼酸・硼砂の公知溶解度が5g/100cc
水であったが,これを25〜50g/100ccの高濃
度溶解液にすること示した。この溶液をガラススライド
に塗布し顕微鏡観察してみると,コロイドはなく塗膜状
に造膜することを示した。一方,FTIRの熱分析結果
では800度以上であっても分解することなく残存物ピ
ークを示し,熱間での造膜機能あることを確認できた。
【0018】前述のLCもPHNも,物体温度が140
度以上であれば,余剰水を蒸発して粉体固体化するた
め,容易に粉体化やビーズ化.ペレット化をできる。高
温物に対し,他の鉱物粉よりも付着率は高く,1000
度の綱帯に散布すれば,即時に溶着し造膜する特徴を有
する。鉄板を加温し熔射機で付着し塗膜化できた。即ち
金属熱間加工や熱処理に適応し得る事を示した。従来の
知見から潤滑性ある,硼素化合物を含めば慴動作用効果
を予測できた。
【0019】上述した,LCはシロキサンやシラノール
の他 硼酸・硼砂を組成成分になすこともできた。PH
Nにシロキサン・シラノールを組成物とすることもでき
た。即ち,本発明は,シラノールやシロキサン,酸化硼
素,水素化硼素の何れか1種以上を含有し組成物とした
水性造膜性無機化合物を,金属熱間加工法や熱処理法の
綱帯塗布材として使用し,熱間圧延工程で,機械強度を
有した造膜を生じ,脱酸素するHを放出し,潤滑性と酸
化防止作用を生じ,スケール発生を削減防止する作用と
効果を有する発明に至った。
【0020】
【課題を解決する手段】(株)コーミックス社製のLC
−150は,PH12で固形分50%のシラノールとシ
ロキサンを主成分としている。その成分は,Na
15.3 SiO 27.3NaF 0.6B
2.4 で,そのFTIR熱分析の(1)室温(2)
150度(3)550度(4)950度における分析図
を別図に示す。その−900cm−1はシラノール,−
780cm−1はシロキサンのピークで,(4)は,ア
モルフアス状クウオーツであった.図5は,市販1号水
ガラスとの,500度における,XRD比較図である。
LC−150は,造膜を示す結晶ピークが,図の通り顕
著であった。
【0021】(株)コーミックス社製のPHNは,PH
6,8 で固形分30%のアモルフアス硼酸化合物で
ある。その組成成分は,硼酸・硼砂・燐酸・シラノール
・シロキサン・弗化塩からなっている(記号NFF)。
その常温(図−6)400度(図−7)800度(図−
8)におけるFTIR分析図を示す。硼酸塩の 134
0cm−1は加温と共に縮小し,即ちHを放出し,81
0cm−1か 1400cm−1のB−O−結合に移行
していることが解る。本発明に有効な還元性を示し,且
つ800度以上でも,分解することなく造膜ピークを残
存することを示している。
【0022】上述を確認するために,10mm径で長さ
30cmの鉄筋を,塩酸で洗い,苛性ソーダで中和し,
スケールのない状態にした。上記LCとPHNを固形分
30%にし手吹き容器に入れて用意した。1000度C
に余熱した電気炉に,5分間投入し,引き出した直後に
前記LCとPHNとを均一にスプレー塗布した。瞬間的
に造膜した。空気中に放置し,550度になったので,
水中にいれ冷却した。これを引き上げ大気中に放置した
が,スケールの発生は見られなかった。これで上述の高
温で造膜し酸化を遮断する事を確認できた。
【0023】
【作用効果を示す実施例】実際の作業を想定し以下の実
施を試みた。
【0024】
【実施例−1】試験鉄はIF鋼を使用した。寸法は,
1X20X40mm,その分析値は以下の通りである。 C0.0020,Si0.010,Mn0.170,P
0.0120,S0.0080,Cr0.040,Al
0.041,N0/0027 Ti0.972(WT%) 前記試験片を1000度cアルゴンガス中で3分加熱
し,熱間加工を想定し,取り出し直後に前記LCをスプ
レーした場合と,熱処理を想定し,酸洗い直後の試験片
に常温スプレー施工し1000度cアルゴンガス中で加
温し冷却した場合,更に少しスケールがある状態にスプ
レー施工した場合の3通りを実施試験した。何れの場合
も表面に造膜し,スケールの発生も成長もなかった。
【0025】
【実施例−2】図−9は,固形分45%のLC−145
を2倍に稀釈し,無処理にたいし,固形分が10%,1
4%,22.5%の4点の相対スケール厚さを比較し
た。14%で半減し,22.5%では4分の1になった
事を示している。スケール発生防止に極めて有効である
結果を得た。
【0026】
【実施例−3】図−10は,2タンデムロール熱間圧延
試験機である。 1.タンデム圧延機 2.圧延温度設定管状電気炉
3.噴霧ノズル 4.デスケーラ5.粗ロールスタンド
5a.上ロール 5b.下ロール 6.噴霧ノズル
7.デスケーラ 8.鋼帯 9.仕上げスタンド 1
0.水冷ノズル 11.水冷ノズル12.保温用管状電
気炉 これを使用し各種試験をした。2の電気炉は 1000
度cに 12の保温電気炉を550度に設定した。LC
−150(固形分50%)と,それに水を50部加え
(固形分33%),更に100部を加え(固形分25
%),200部を加え(固形分17%)て,噴霧ノズル
した。どの場合も,際立ったスケールの発生はなく潤滑
作用あり,固形分が少なければ微量のスケールはあっ
た。
【0027】
【実施例−4】図−10の,粗ロールと仕上げロールに
前記PHN(固形分30%)に噴霧した。直ちに皮膜を
形成し,潤滑性を生じた。
【0028】
【実施例−5】冷間で鋼帯に塗布する場合,下塗りに,
界面活性材またはその含有物(エマルジョンやラテック
ス)を塗布しておくとLCやPHN塗布は均一塗布が可
能になる。LCに混合する場合は,カチオン系が適当で
ある。
【0029】
【実施例−6】塗布は,噴霧ノズルでもロールでも有効
に作用し,水冷水に混合してもよい。これらを複合し,
またはLCとPHNを複合して使用しても均一な酸化防
止皮膜を生じスケールの発生は極端に減少した。付着し
た皮膜厚みは,1ミクロン以上あればよく,2ミクロン
以上が望ましい。
【0030】
【実施例−7】前記LCやPHNを,ガス温度400度
としノズル先で150度c以上にして,噴霧しパウダー
やビーズにした。水分は3%以下であった。鋼帯が10
00度cに加温されていると,パウダーやビーズを散布
しただけで付着し塗膜化した。その上潤滑性を生じた。
圧延されて10ミクロン以下となった。
【0031】
【作用と効果】シラノールやシロキサン,酸化硼素,水
素化硼素の1種以上を組成物とした,水性造膜性高分子
無機化合物は,無溶剤であるから,高温鋼帯に塗布する
と瞬時に造膜し酸化を防止しスケーウの発生を予防する
作用と効果がある。熱間圧延加工工程でも熱処理工程に
も使用して作用効果を生じた。これは他の金属にも応用
し得ることをしめしている。本発明はシラノールやシロ
キサン,酸化硼素,水素化硼素を含有する組成物は,高
温で塗膜化する際に,還元作用雰囲気に効果ある特徴を
有している。スケールの削減は,粗鋼効率を上げ,デス
ケーリングを削減し,酸水洗を削減し,廃棄物処理を極
小化する多大のコスト削減と合理化を生ずることとなっ
た・
【0032】
【図面の簡単な説明】
図1〜4 は,LCの室温・150度・550度・95
0度のFTIR分析図 図−5 は,本発明使用物LCと水ガラスの500度
での結晶造膜化を比較したXR分析図D 図6〜8 は,PHNの室温。400度・800度のF
TIR分析図 図−9 は,LCの付着固形分の量に応じて,スケー
ル発生厚み削減した図 図−10 は,2タンデム金属圧延実験機の工程を示し
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K062 AA01 BA14 BA20 BB30 BC16 EA02 EA12 FA20 GA10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属の熱間加工時に,シラノールやシロ
    キサン,酸化硼素,水素化硼素の1種以上を組成物とし
    た,水性造膜性無機高分子化合物を塗材となし,鋼帯に
    塗布し造膜し,金属の酸化を防止しスケール化を防止す
    ることを特徴とする,金属熱間加工法及び金属熱処理方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1の,水性造膜性無機高分子化合
    物が,シラノールやシロキサンを主組成物となしたこと
    を特徴とした,金属熱間加工法及び金属熱処理法
  3. 【請求項3】 請求項1の,水性造膜性無機高分子化合
    物が,酸化硼素や水素化硼素を主組成物となしたことを
    特徴とした,金属熱間加工法及び金属処理法
  4. 【請求項4】 請求項1〜3の前記水性造膜性無機高分
    子化合物が,100度以上で脱水し固体化して塗材とな
    し,熱間で塗膜化することを特徴とした,金属熱間加工
    法及び金属処理法
  5. 【請求項5】 請求項1〜4の前記水性造膜性高分子無
    機化合物を,鋼帯に塗布する塗材となし,熱間加工中の
    潤滑性向上機能材となしたことを特徴とした,金属熱間
    加工法及び金属熱処理法
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008516023A (ja) * 2004-10-08 2008-05-15 フオルクスワーゲン・アクチエンゲゼルシヤフト 金属表面の被覆方法
JP2010037356A (ja) * 2008-07-31 2010-02-18 Sumitomo Metal Ind Ltd 熱処理用鋼材の表面処理液および熱処理用鋼材の製造方法

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