JP2012179647A - 冷間鍛造用鋼線の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の実施の形態による冷間鍛造用鋼線の製造方法は、素線に対して硫酸溶液で酸洗処理を実施する第1酸洗処理工程と、硫酸溶液で酸洗処理を実施された素線に対して熱処理を実施する工程と、熱処理後の素線に対して塩酸溶液で酸洗処理を実施する第2酸洗処理工程と、塩酸溶液で酸洗処理を実施された素線に対して潤滑処理を実施し、素線の表面に潤滑皮膜を形成する工程とを備える。
【選択図】図7
Description
熱間圧延(S101)により製造された線材の軟化が十分でない場合、パターン1の製造工程が実施される。この場合、線材は潤滑処理(S110)の前に、球状化焼鈍等の熱処理(S108)を実施される。また、パターン2及びパターン3の製造工程の場合、一次伸線(S106)により製造された鋼線は、一次伸線の加工ひずみを除去するために、軟化を目的とした焼鈍等の熱処理(S108)が実施される。
以上のとおり、パターン1〜3の製造方法のいずれにおいても実施される工程(S107〜S111)では、2回の酸洗処理(S107及びS109)が実施される。
本発明者らは、潤滑性及び外観性に優れた冷間鍛造用鋼線を製造するために、種々の研究を行った。その結果、本発明者らは、以下の知見を得た。
図1は、本発明の実施の形態による冷間鍛造用鋼線の製造ラインの一例を示すブロック図である。図2は、従来の冷間鍛造用鋼線の製造ラインの一例を示すブロック図である。
図3を参照して、第1酸洗装置1は、硫酸溶液を用いて素線Wを酸洗する。第1酸洗装置1は、搬送装置20と、硫酸槽30と、水洗槽40と、中和槽50と、乾燥装置60とを備える。硫酸槽30と、水洗槽40と、中和槽50と、乾燥装置60とは、一列に配列される。
熱処理装置2は、素線Wに対して熱処理を実施する。本例では、熱処理装置2は、素線Wに対して焼鈍処理を実施し、素線Wを軟化する。これにより、続く伸線加工時の素線Wの加工性を改善し、要求仕様の硬さ以下に調整する。
熱処理装置2は、周知の構造を有し、周知の熱処理条件で焼鈍処理を実施する。熱処理装置2は、複数のゾーンに区分けされた連続焼鈍炉を用いる。各ゾーンは熱処理装置2の先頭から末尾に至るまで一列に配列され、各ゾーンごとに、炉内温度を調整できる。熱処理装置2はバッチ炉でも構わない。
第2酸洗装置3は、塩酸溶液を用いて素線を酸洗する。図4を参照して、第2酸洗装置3は、搬送装置20と、複数の塩酸槽70と、水洗槽40とを備える。複数の塩酸槽70と、水洗槽40とは、一列に配列される。
潤滑装置4は、酸洗された素線Wの表面に、潤滑皮膜を形成する。潤滑皮膜は、図5に示すとおり、燐酸塩皮膜11と、反応層12と、未反応層13からなる。燐酸塩皮膜11は燐酸塩からなり、素線Wの表面上に形成される。反応層12は、金属石鹸からなり、燐酸塩皮膜11上に形成される。未反応層13は、ナトリウム石鹸からなる。
伸線機5は周知の構成を備える。伸線機5はダイスを備え、冷間鍛造用鋼線を伸線する。伸線機5は、第1酸洗装置1〜潤滑装置4と同じ製造ラインに配置されていなくてもよい。
図1に示す製造ラインを用いた冷間鍛造用鋼線の製造方法を、説明する。図7は、本実施の形態による冷間鍛造用鋼線の製造工程を示すフロー図である。図7を参照して、本実施の形態による冷間鍛造用鋼線の製造工程では、素線を準備する工程(S1:素線準備工程)と、硫酸溶液での酸洗処理を実施する工程(S2:第1酸洗処理工程)と、熱処理を実施する工程(S3:熱処理工程)と、塩酸溶液での酸洗処理を実施する工程(S4:第2酸洗処理工程)と、潤滑処理を実施する工程(S5:潤滑処理工程)と、伸線加工する工程(S6:伸線加工工程)とが順番に実施される。以下、各工程について詳述する。
初めに、処理対象となる素線Wを準備する(S1)。本例では、コイル状の素線Wを準備する。素線Wは、熱間圧延材である線材であってもよいし、熱間圧延材を一次伸線した鋼線であってもよい。線材では表面にスケールが付着している。鋼線では表面に潤滑剤が付着している。
準備された素線Wに対して硫酸溶液で酸洗処理を実施する(S2)。具体的には、準備された素線Wを吊具22で保持しながら搬送し、第1酸洗装置1内の硫酸槽30に浸漬する。このとき、素線Wの表面のスケールや潤滑剤は溶解し、除去される。好ましくは、硫酸槽30の硫酸溶液の温度は、60℃〜80℃に制御される。この場合、酸洗速度が高められる。
第1酸洗処理工程(S2)後、素線Wに対して熱処理を実施する(S3)。本例では、熱処理装置2を利用して、素線Wに対して焼鈍処理を実施し、素線Wを軟化する。焼鈍処理は、周知の条件で実施される。このとき、熱処理装置2の炉内雰囲気は、窒素ガスと、COガスと、CO2ガスとを所定の割合で一定にする。上述のとおり、第1酸洗処理工程(S2)により、素線Wの表面からスケールや潤滑剤が除去されているため、熱処理装置2の炉内雰囲気のガス組成は安定する。
熱処理工程(S3)後の素線Wに対して、塩酸での酸洗処理を実施する(S4)。具体的には、熱処理後の素線Wを第2酸洗装置3に搬送する。そして、素線Wを吊具22に保持しながら塩酸槽70に搬送し、浸漬する。後段に他の塩酸槽70が配置されている場合、素線Wを塩酸槽70から引き上げた後、後段の他の塩酸槽70に浸漬する。要するに、複数の塩酸槽70が配置されている場合、素線Wを複数の塩酸槽70に順次浸漬する。塩酸槽70が複数ではなく1つの塩酸槽70しかない場合には、先行する素線Wの酸洗処理が完了しない限り、後続する素線Wの酸洗処理を開始することができない。複数の塩酸槽70を配置して、素線Wを複数の塩酸槽70に順次浸漬して酸洗処理を行えば、後続する素線Wは、先行する素線Wの酸洗処理の完了を待たずに酸洗処理を開始することができる。すなわち、複数の塩酸槽70を配置することにより、素線Wの酸洗処理の待ち時間を減らすことができ、生産効率を高めることができる。
第2酸洗処理工程(S4)後の素線Wに対して、潤滑処理を実施する(S5)。具体的には、素線Wを潤滑装置4内の化成処理槽80に浸漬し、素線Wの表面に燐酸塩皮膜11を形成する。次に、燐酸塩皮膜11が形成された素線Wを湯洗槽90に浸漬し、素線Wの表面に付着した不要な処理液を除去する。
上述の工程により製造された冷間鍛造用鋼線を、伸線機5により伸線加工する。このとき、素線Wの表面に形成された潤滑皮膜が潤滑作用を発揮し、伸線機5のダイスと冷間鍛造用鋼線との摩擦係数を低減する。そのため、ダイス寿命が長くなる。
従来の冷間鍛造用鋼線の製造工程では、一般的に、図2に示す製造ラインが利用される。この場合、酸洗装置10は1つである。そのため、酸洗溶液は、1種類とするのが通常である。たとえば、酸洗溶液を塩酸溶液とする場合、熱処理工程前及び潤滑処理工程前に酸洗処理を実施するものの、塩酸溶液での酸洗処理のみが実施される。そのため、潤滑皮膜の密着性が低く、冷間鍛造用鋼線の潤滑性が低い。
本発明例では、上述の図7と同じ製造工程を実施した。初めに、供試材に対して酸洗処理(第1酸洗処理:S2)を実施した。具体的には、11.2質量/容量%の硫酸を含有する硫酸溶液が収納された硫酸槽に供試材を900秒浸漬した。このときの硫酸溶液の温度を60℃に制御した。硫酸槽から供試材を引き上げ、常温の水が収納された水洗槽に、供試材を浸漬し、供試材の表面から硫酸溶液を除去した。さらに、消石灰溶液を収納した中和槽に供試材を浸漬し、供試材の表面に残存する硫酸溶液を中和した。そして、供試材を乾燥装置(送風機)で乾燥した。
比較例では、上述の本発明例の熱処理前の硫酸での酸洗処理(第1酸洗処理工程:S2)に代えて、塩酸溶液での酸洗処理を実施した。その他の製造工程及び各製造工程の条件は、本発明例と同じであった。
上述の本発明例及び比較例の製造方法で製造されたコイル状の冷間鍛造用鋼線(直径21.0mm)を、本発明例及び比較例ともに1つずつ準備した。本発明例及び比較例のコイルより、直径21.0mm、長さ50.0mmのサンプルを1つずつ採取した。まず、各サンプルを、沸騰した湯内に30分間浸漬し、湯洗処理を実施した。未反応層はステアリン酸ナトリウムからなるため、湯洗処理により溶解した。次に、各サンプルの表面を、アルコールにより洗浄した。反応層は金属石けんからなるため、反応層は有機溶媒であるアルコールで溶解した。さらに、各サンプルの表面を、クロム酸水溶液により洗浄した。これにより、燐酸塩皮膜がサンプルから除去され、素線を露出させた。そして、素線を露出させたサンプルの表面の中心線平均粗さ(Ra75)をJIS−B0601(2001)附属書2(参考)に準拠して測定した。各サンプルの円周方向の任意の2箇所において、中心線平均粗さを測定し、その平均値を、本発明例、比較例の表面粗さ(単位はμm)とした。
上述の本発明例及び比較例の製造方法で製造されたコイル状の冷間鍛造用鋼線(直径21.0mm)を複数準備した。そして、同じ材質及び形状の2つのダイス準備し、一方を本発明例用とし、他方を比較例用とした。本発明例及び比較例の鋼線に対して伸線加工、すなわち二次伸線加工を実施し、直径20.0mmの鋼線を製造した。伸線加工後の鋼線の直径は、19.95〜20.00mmで管理し、1コイルの伸線加工を行うたびに鋼線の直径を測定した。測定された鋼線の直径が、20.00mmを超えた時、ダイスが寿命に達したと判断した。そして、ダイスが寿命に達するまでに伸線加工された冷間鍛造用鋼線の質量(単位はton)を調査した。
上述の潤滑性の調査試験で20.0mmに二次伸線加工した本発明例及び比較例の冷間鍛造用鋼線に形成された潤滑皮膜量を以下の方法で調査した。上述のとおり、潤滑皮膜は、未反応層と、反応層と、燐酸塩皮膜とを備える。本発明例及び比較例の冷間鍛造用鋼線から、直径21.0mm、長さ50.0mmのサンプルを3つずつ採取した。そして、各サンプルを使用して、以下のとおり、本発明例と比較例の未反応層量、反応層量、燐酸塩皮膜量を測定した。
本発明例及び比較例の各サンプルの質量(初期質量という)を測定した。次に、各サンプルを、沸騰した湯内に30分間浸漬し、湯洗処理を実施した。未反応層はステアリン酸ナトリウムからなるため、湯洗処理により溶解した。一方、反応層及び燐酸塩皮膜は溶解しなかった。次に、湯洗処理後のサンプルに対して水洗処理を実施した。次に、水洗処理後のサンプルを乾燥し、乾燥後のサンプルの質量(湯洗浄後質量という)を測定した。初期質量から湯洗浄後質量を差分した値をサンプルの周面の表面積で除した値(単位はg/mm2)の平均値(3つのサンプルの平均値)を、「未反応層量」と定義した。
未反応層量の調査試験を完了したサンプルの表面を、アルコールにより洗浄した。反応層は金属石けんからなるため、反応層は有機溶媒であるアルコールで溶解した。一方、燐酸塩皮膜はアルコールで溶解しなかった。次に、サンプルを水洗して乾燥し、乾燥後のサンプルの質量(アルコール洗浄後質量という)を測定した。湯洗浄後質量からアルコール洗浄後質量を差分した値をサンプルの周面の表面積で除した値(単位はg/mm2)の平均値(3つのサンプルの平均値)を、「反応層量」と定義した。
反応層量の調査試験を完了したサンプルの表面を、クロム酸水溶液により洗浄した。これにより、燐酸塩皮膜がサンプルから除去された。次に、サンプルを水洗して乾燥し、乾燥後のサンプルの質量(クロム酸洗浄後質量という)を測定した。アルコール洗浄後質量からクロム酸洗浄後質量を差分した値をサンプルの周面の表面積で除した値(単位はg/mm2)の平均値(3つのサンプルの平均値)を、「燐酸塩皮膜量」と定義した。
バウデン試験により、本発明例、比較例の潤滑皮膜の密着性を調査した。具体的には、上述の潤滑性の調査試験で20.0mmに二次伸線加工した本発明例及び比較例の冷間鍛造用鋼線から直径20.0mm、長さ50.0mmのサンプルを1つずつ採取した。採取された各サンプルの表面の任意の3箇所において、JIS規格のSUJに相当する化学組成を有する鋼球を、3kgfの荷重でサンプルの表面に押し当てながら、サンプルの軸方向に20mmの範囲で摺動させた。摺動中の鋼球の摩擦係数μを測定し、摩擦係数μが0.20(鉄と鋼球との摩擦係数に相当)以上になるまでの摺動回数(往復回数、つまり、20mmの範囲を1往復摺動すると「1回」とカウント)を測定した。試験には、神鋼造機株式会社製の往復摺動摩擦試験機を使用した。
2 熱処理装置
3 第2酸洗装置
4 潤滑装置
5 伸線機
10 酸洗装置
11 燐酸塩皮膜
12 反応層
13 未反応層
20 搬送装置
30 硫酸槽
40 水洗槽
50 中和槽
60 乾燥装置
70 塩酸槽
80 化成処理槽
90 湯洗槽
100 潤滑剤槽
W 素線
Claims (2)
- 素線に対して硫酸溶液で酸洗処理を実施する第1酸洗処理工程と、
前記硫酸溶液で酸洗処理を実施された前記素線に対して熱処理を実施する工程と、
前記熱処理後の前記素線に対して塩酸溶液で酸洗処理を実施する第2酸洗処理工程と、
前記塩酸溶液で酸洗処理を実施された前記素線に対して潤滑処理を実施し、前記素線の表面に潤滑皮膜を形成する工程とを備える、冷間鍛造用鋼線の製造方法。 - 請求項1に記載の冷間鍛造用鋼線の製造方法であって、
前記第1酸洗処理工程では、前記素線を、前記硫酸溶液が収納された硫酸槽を備える第1酸洗装置に搬送して前記酸洗処理を実施し、
前記第2酸洗処理工程では、前記素線を、前記塩酸溶液が収納された塩酸槽を備える第2酸洗装置に搬送して前記酸洗処理を実施する、冷間鍛造用鋼線の製造方法。
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