JP2636919B2 - 鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理方法 - Google Patents
鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理方法Info
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C22/82—After-treatment
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、低炭素鋼、高炭素鋼および低合金鋼などの
鉄鋼材料(本明細書では単に鉄鋼と称す)の表面に冷間
塑性加工すなわち冷間で行われる伸線、伸管、鍛造、ヘ
ッダー加工などに適する潤滑皮膜を形成させるための処
理方法に関する。
鉄鋼材料(本明細書では単に鉄鋼と称す)の表面に冷間
塑性加工すなわち冷間で行われる伸線、伸管、鍛造、ヘ
ッダー加工などに適する潤滑皮膜を形成させるための処
理方法に関する。
[従来の技術] 鉄鋼を冷間塑性加工(以下冷間加工という)する場合
に、工具の摩耗の低減および被加工材の工具への焼付の
抑制のために被加工材の表面をあらかじめ潤滑処理する
ことがなされる。比較的に冷間加工度が低いときは潤滑
処理として例えば極圧添加剤や油性向上剤が配合された
油を被加工材の表面に塗布する方法が行われ、高冷間加
工の場合は例えば促進剤として亜硝酸ナトリウムを含む
りん酸亜鉛系化成処理液を70〜80℃に加熱して浸漬処理
しその後例えばステアリン酸ナトリウムを主成分とする
金属石鹸液{例えば、日本パーカライジング(株)製パ
ルーブ235}を70〜75℃に加熱しその溶液で浸漬処理し
てりん酸亜鉛系皮膜上にステアリン酸亜鉛潤滑層とさら
にその上にステアリン酸ナトリウム層とを形成させる方
法が広く行われている。また、この潤滑処理皮膜の性能
を向上させることを目的として下地皮膜の改良研究がな
され、その成果が特公昭60−20463号公報に開示されて
いる。この発明における化成処理は成分濃度を特定した
りん酸亜鉛カルシウムタイプ処理液で約80℃の温度条件
でなされるものである。
に、工具の摩耗の低減および被加工材の工具への焼付の
抑制のために被加工材の表面をあらかじめ潤滑処理する
ことがなされる。比較的に冷間加工度が低いときは潤滑
処理として例えば極圧添加剤や油性向上剤が配合された
油を被加工材の表面に塗布する方法が行われ、高冷間加
工の場合は例えば促進剤として亜硝酸ナトリウムを含む
りん酸亜鉛系化成処理液を70〜80℃に加熱して浸漬処理
しその後例えばステアリン酸ナトリウムを主成分とする
金属石鹸液{例えば、日本パーカライジング(株)製パ
ルーブ235}を70〜75℃に加熱しその溶液で浸漬処理し
てりん酸亜鉛系皮膜上にステアリン酸亜鉛潤滑層とさら
にその上にステアリン酸ナトリウム層とを形成させる方
法が広く行われている。また、この潤滑処理皮膜の性能
を向上させることを目的として下地皮膜の改良研究がな
され、その成果が特公昭60−20463号公報に開示されて
いる。この発明における化成処理は成分濃度を特定した
りん酸亜鉛カルシウムタイプ処理液で約80℃の温度条件
でなされるものである。
以上の2つのタイプの下地処理について検討してみる
と、共通して化成処理温度が比較的に高く、また処理液
中に発生するスラッジ生成量が比較的に多いといった問
題を有しているのである。
と、共通して化成処理温度が比較的に高く、また処理液
中に発生するスラッジ生成量が比較的に多いといった問
題を有しているのである。
[発明が解決しょうとする課題] 本発明は前述の2種類のタイプのりん酸塩処理液即ち
りん酸亜鉛系処理液とりん酸亜鉛カルシム系処理液につ
いて、それぞれ処理温度の低温化と低スラッジ化さらに
形成される皮膜の冷間加工下地としてのより高品質化を
目的とする鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理方法である。
りん酸亜鉛系処理液とりん酸亜鉛カルシム系処理液につ
いて、それぞれ処理温度の低温化と低スラッジ化さらに
形成される皮膜の冷間加工下地としてのより高品質化を
目的とする鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理方法である。
[課題を解決するための手段] 本発明者等は何れのタイプの処理液の場合において
も、処理温度を下げることに加えて処理液中に第1鉄イ
オンの存在を許容できるようにすること、換言すれば処
理液中に第1鉄イオンおよび亜鉛イオンやカルシウムイ
オンの一部をりん酸塩として析出させスラッジ化する作
用を持つ亜硝酸塩、過酸化水素などの促進剤を殆どもし
くは全く添加する必要がないようにして低温処理化する
ことを目標として検討した結果、第1鉄イオンを有する
りん酸塩処理液に適度の酸化作用を有するニトロベンゼ
ンスルフォン酸、ニトロアニリンスルフォン酸、ニトロ
トルエンスルフォン酸、ニトロキシレンスルフォン酸の
アルカリ金属塩等のニトロ基及びスルフォン基を有する
水溶性芳香族化合物を特定量含有させ、かつ前述のよう
な手段と併行して処理液中の他の成分濃度を特定するこ
とによって、処理液の処理温度を35〜65℃の範囲迄に低
下させることができると共に発生するスラッジ生成量を
大幅に低減させることができかつ従来技術によるよりも
優れた耐冷間加工性を持つ潤滑皮膜を形成し得ることを
見出したのである。即ち本発明は、第1発明として鉄鋼
の冷間塑性加工用潤滑処理方法において、鉄鋼を亜鉛イ
オン0.3〜2.5%、第1鉄イオン0.01〜2.0%,りん酸イ
オン0.5〜5.0%,硝酸イオン0.7〜12.0%およびニトロ
基及びスルフォン基を有する水溶性芳香族化合物0.02〜
0.25%を含有しかつ亜鉛イオンに対する第1鉄イオンの
重量比が0.005〜3.0であるりん酸塩処理液に35〜65℃の
温度で3〜20分間浸漬して該鉄鋼表面にりん酸塩皮膜を
形成させることおよび該りん酸塩皮膜上に潤滑皮膜を形
成させることから成ることを特徴とする鉄鋼の冷間塑性
加工用潤滑処理方法であり、第2発明として鉄鋼の冷間
塑性加工用潤滑処理方法において、鉄鋼を亜鉛イオン0.
3〜2.5%,カルシウムイオン0.2〜2.0%,第1鉄イオン
0.01〜2.0%,りん酸イオン0.5〜5.0%,硝酸イオン0.7
〜12.0%およびニトロ基及びスルフォン基を有する水溶
性芳香族化合物0.02〜0.25%を含有し、亜鉛イオンに対
する第1鉄イオンの重量比が0.005〜3.0でありかつ亜鉛
イオンに対するカルシウムイオンの重量比が0.7〜4.0で
あるりん酸塩処理液に35〜65℃の温度で3〜20分間浸漬
して該鉄鋼表面にりん酸塩皮膜を形成させることおよび
該りん酸塩皮膜上に潤滑皮膜を形成させることから成る
ことを特徴とする鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理方法で
ある。
も、処理温度を下げることに加えて処理液中に第1鉄イ
オンの存在を許容できるようにすること、換言すれば処
理液中に第1鉄イオンおよび亜鉛イオンやカルシウムイ
オンの一部をりん酸塩として析出させスラッジ化する作
用を持つ亜硝酸塩、過酸化水素などの促進剤を殆どもし
くは全く添加する必要がないようにして低温処理化する
ことを目標として検討した結果、第1鉄イオンを有する
りん酸塩処理液に適度の酸化作用を有するニトロベンゼ
ンスルフォン酸、ニトロアニリンスルフォン酸、ニトロ
トルエンスルフォン酸、ニトロキシレンスルフォン酸の
アルカリ金属塩等のニトロ基及びスルフォン基を有する
水溶性芳香族化合物を特定量含有させ、かつ前述のよう
な手段と併行して処理液中の他の成分濃度を特定するこ
とによって、処理液の処理温度を35〜65℃の範囲迄に低
下させることができると共に発生するスラッジ生成量を
大幅に低減させることができかつ従来技術によるよりも
優れた耐冷間加工性を持つ潤滑皮膜を形成し得ることを
見出したのである。即ち本発明は、第1発明として鉄鋼
の冷間塑性加工用潤滑処理方法において、鉄鋼を亜鉛イ
オン0.3〜2.5%、第1鉄イオン0.01〜2.0%,りん酸イ
オン0.5〜5.0%,硝酸イオン0.7〜12.0%およびニトロ
基及びスルフォン基を有する水溶性芳香族化合物0.02〜
0.25%を含有しかつ亜鉛イオンに対する第1鉄イオンの
重量比が0.005〜3.0であるりん酸塩処理液に35〜65℃の
温度で3〜20分間浸漬して該鉄鋼表面にりん酸塩皮膜を
形成させることおよび該りん酸塩皮膜上に潤滑皮膜を形
成させることから成ることを特徴とする鉄鋼の冷間塑性
加工用潤滑処理方法であり、第2発明として鉄鋼の冷間
塑性加工用潤滑処理方法において、鉄鋼を亜鉛イオン0.
3〜2.5%,カルシウムイオン0.2〜2.0%,第1鉄イオン
0.01〜2.0%,りん酸イオン0.5〜5.0%,硝酸イオン0.7
〜12.0%およびニトロ基及びスルフォン基を有する水溶
性芳香族化合物0.02〜0.25%を含有し、亜鉛イオンに対
する第1鉄イオンの重量比が0.005〜3.0でありかつ亜鉛
イオンに対するカルシウムイオンの重量比が0.7〜4.0で
あるりん酸塩処理液に35〜65℃の温度で3〜20分間浸漬
して該鉄鋼表面にりん酸塩皮膜を形成させることおよび
該りん酸塩皮膜上に潤滑皮膜を形成させることから成る
ことを特徴とする鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理方法で
ある。
[作用] 先ず第1発明について説明する。この発明は改良され
たりん酸亜鉛系処理液による処理と潤滑処理液による処
理とにより鉄鋼表面に優れた潤滑皮膜を形成させる方法
に関するものである。この改良りん酸亜鉛系処理液の成
分構成について先ず説明する。この処理液は必須のカチ
オン成分として亜鉛イオンと第1鉄イオンとを含有する
ものである。亜鉛イオンは0.3〜2.5%であって0.3%未
満では冷間加工に適する皮膜の形成がなされにくくなる
傾向を示し、2.5%を越えても化成処理性が向上せずむ
しろ処理液の管理が悪くなりかつ経済的にも好ましくな
い。
たりん酸亜鉛系処理液による処理と潤滑処理液による処
理とにより鉄鋼表面に優れた潤滑皮膜を形成させる方法
に関するものである。この改良りん酸亜鉛系処理液の成
分構成について先ず説明する。この処理液は必須のカチ
オン成分として亜鉛イオンと第1鉄イオンとを含有する
ものである。亜鉛イオンは0.3〜2.5%であって0.3%未
満では冷間加工に適する皮膜の形成がなされにくくなる
傾向を示し、2.5%を越えても化成処理性が向上せずむ
しろ処理液の管理が悪くなりかつ経済的にも好ましくな
い。
第1鉄イオンは0.01〜2.0%含有するが、このイオン
は亜鉛イオンに対する第1鉄イオンの重量比(Fe2+/Zn
2+)を0.005〜3.0の範囲とすることによって更に律せら
れる。即ち、亜鉛イオン濃度が下限値0.3%のときは前
記重量比から許容し得る第1鉄イオンは0.00015〜0.9%
と計算されるが前記第1鉄イオンの下限値は0.01%であ
るから含有量は0.01〜0.9%と限定される。逆に亜鉛イ
オンの上限値即ち2.5%のときは第1鉄イオンは0.0125
〜7.5%と計算されるがそのイオンの上限値から0.0125
〜2.0%とする必要が起るのである。
は亜鉛イオンに対する第1鉄イオンの重量比(Fe2+/Zn
2+)を0.005〜3.0の範囲とすることによって更に律せら
れる。即ち、亜鉛イオン濃度が下限値0.3%のときは前
記重量比から許容し得る第1鉄イオンは0.00015〜0.9%
と計算されるが前記第1鉄イオンの下限値は0.01%であ
るから含有量は0.01〜0.9%と限定される。逆に亜鉛イ
オンの上限値即ち2.5%のときは第1鉄イオンは0.0125
〜7.5%と計算されるがそのイオンの上限値から0.0125
〜2.0%とする必要が起るのである。
この事は、処理液中の亜鉛イオン濃度が低いときは、
許容される第1鉄イオン濃度の上限を低目に抑える必要
があること、その逆の場合には第1鉄イオンを低い値か
ら上限まで維持し得ることを示している。
許容される第1鉄イオン濃度の上限を低目に抑える必要
があること、その逆の場合には第1鉄イオンを低い値か
ら上限まで維持し得ることを示している。
第1鉄イオン濃度が0.01%未満では形成されるりん酸
塩皮膜の潤滑下地としての効果が不十分でありかつこの
様に鉄分濃度を抑えるには処理液に促進剤(NaNO2,N
2O2)等を頻発的に添加して鉄分を析出させる必要があ
るのでスラッジ生成量が増大する。逆に第1鉄イオン、
これは鉄鋼のりん酸塩処理の際に鉄鋼から溶出して増加
するのであるが、この濃度が2%を越えると、粗い不完
全な皮膜を形成し易くまた鉄分により置換されて亜鉛成
分が激減してくるので皮膜化成性が悪くなる。以上説明
したことから亜鉛イオンに対する第1鉄イオンの重量比
を前述のように限定する必要が生ずるのである。
塩皮膜の潤滑下地としての効果が不十分でありかつこの
様に鉄分濃度を抑えるには処理液に促進剤(NaNO2,N
2O2)等を頻発的に添加して鉄分を析出させる必要があ
るのでスラッジ生成量が増大する。逆に第1鉄イオン、
これは鉄鋼のりん酸塩処理の際に鉄鋼から溶出して増加
するのであるが、この濃度が2%を越えると、粗い不完
全な皮膜を形成し易くまた鉄分により置換されて亜鉛成
分が激減してくるので皮膜化成性が悪くなる。以上説明
したことから亜鉛イオンに対する第1鉄イオンの重量比
を前述のように限定する必要が生ずるのである。
次にりん酸イオン(PO4 3-)は0.5〜5.0%の範囲であ
って、この濃度は前記金属イオンの量と比例的な関係に
よって概ね位置づけられる。0.5%未満では皮膜化成性
が悪くなり、逆に5.0%より多く加えることは可能であ
るが単に濃度が高くなるだけで化成性は向上しない。次
に硝酸イオン(NO3 -)は0.7〜12.%を必要とするが、0.
7未満では皮膜化成速度が遅くなるので処理に時間を要
し、また形成される皮膜は粗い密着力の劣った状態とな
る。12.0%を越えると処理液中のZn(NO3)2の濃度が
多くなりZn(NO3)2に対するZn(H2PO4)2の比が小さ
くなる傾向となるので皮膜化成に必要なZn(H2PO4)2
の濃度が不足して皮膜化成性(つきまわり性即ちシロー
イングパワー)が低下する。
って、この濃度は前記金属イオンの量と比例的な関係に
よって概ね位置づけられる。0.5%未満では皮膜化成性
が悪くなり、逆に5.0%より多く加えることは可能であ
るが単に濃度が高くなるだけで化成性は向上しない。次
に硝酸イオン(NO3 -)は0.7〜12.%を必要とするが、0.
7未満では皮膜化成速度が遅くなるので処理に時間を要
し、また形成される皮膜は粗い密着力の劣った状態とな
る。12.0%を越えると処理液中のZn(NO3)2の濃度が
多くなりZn(NO3)2に対するZn(H2PO4)2の比が小さ
くなる傾向となるので皮膜化成に必要なZn(H2PO4)2
の濃度が不足して皮膜化成性(つきまわり性即ちシロー
イングパワー)が低下する。
次に本発明に適用するりん酸塩処理液には前記以外の
必須成分としてニトロベンゼンスルフォン酸,ニトロア
ニリンスルフォン酸,ニトロトルエンスルフォン酸,ニ
トロキシレンスルフォン酸等のニトロ基及びスルフォン
基を有する水溶性芳香族化合物を0.02〜0.25%含有す
る。これらの化合物は、何れも鉄分含有りん酸亜鉛処理
液による処理の低温化に役立つと共に結晶粒子の比較的
に細かい緻密なりん酸塩皮膜を形成させる作用を有す
る。このような組成を持つ本発明処理液は鉄分を含んで
いても35〜65℃という比較的に低い温度(中低温)で3
〜20分間の浸漬により鉄鋼表面に皮膜重量が7〜12g/m2
の結晶粒子の比較的に小さな緻密な皮膜を形成させるこ
とでき、このような皮膜は高度の冷間加工に適する下地
なのである。また、このりん酸亜鉛系処理液は鉄分(Fe
2+)を含むものであり、従ってNO2 -またはH2O2などの促
進剤を殆どもしくは全く必要とするものでないので処理
液からのスラッジ{FePO4,Zn3(PO4)2}の析出が比較
的に少ないのも効果の1つとして挙げることができる。
必須成分としてニトロベンゼンスルフォン酸,ニトロア
ニリンスルフォン酸,ニトロトルエンスルフォン酸,ニ
トロキシレンスルフォン酸等のニトロ基及びスルフォン
基を有する水溶性芳香族化合物を0.02〜0.25%含有す
る。これらの化合物は、何れも鉄分含有りん酸亜鉛処理
液による処理の低温化に役立つと共に結晶粒子の比較的
に細かい緻密なりん酸塩皮膜を形成させる作用を有す
る。このような組成を持つ本発明処理液は鉄分を含んで
いても35〜65℃という比較的に低い温度(中低温)で3
〜20分間の浸漬により鉄鋼表面に皮膜重量が7〜12g/m2
の結晶粒子の比較的に小さな緻密な皮膜を形成させるこ
とでき、このような皮膜は高度の冷間加工に適する下地
なのである。また、このりん酸亜鉛系処理液は鉄分(Fe
2+)を含むものであり、従ってNO2 -またはH2O2などの促
進剤を殆どもしくは全く必要とするものでないので処理
液からのスラッジ{FePO4,Zn3(PO4)2}の析出が比較
的に少ないのも効果の1つとして挙げることができる。
以上の前記化合物の添加量が0.02%未満ではその添加
の効果が小さいかあるいは全く認められないかの何れか
であり、逆に0.25%より多く加えても処理温度の低下、
りん酸塩皮膜の緻密化などの効果の向上は望めず、多量
の添加によりむしろ皮膜化成性を損ねるといった傾向を
示す。
の効果が小さいかあるいは全く認められないかの何れか
であり、逆に0.25%より多く加えても処理温度の低下、
りん酸塩皮膜の緻密化などの効果の向上は望めず、多量
の添加によりむしろ皮膜化成性を損ねるといった傾向を
示す。
これらの化合物のうち代表的に用いられるものはメタ
ニトロベンゼンスルフォン酸である。りん酸塩処理液は
必要に応じてその中低温における化成速度を速める(化
成性の向上に寄与する)ためにキレート化剤として蓚
酸、くえん酸、グリセロリン酸、尿素、ポリビニルアル
コールまたはポリビニルピロリドンを0.01〜0.05%含有
させることができる。また、本発明に適用するりん酸塩
処理液は、さらに酸化剤として塩素酸塩例えばNaClO3、
ニッケル、コバルトまたは銅などの重金属イオン等を含
有させることを拒むものではない。前述のごとく本発明
の方法においては、表面清浄な鉄鋼を以上のごとく成分
を特定したりん酸塩処理液に35〜65℃の温度で3〜20分
浸漬してりん酸塩皮膜を形成させるが、このプロセスに
は皮膜化成後の水洗−乾燥もしくは水洗−中和の工程が
含まれる。水洗−乾燥後の潤滑処理としては、例えば2
硫化モリブデン、2硫化タングステン、グラファイトま
たはふっ素樹脂などを含む潤滑剤または極圧添加剤を含
む油性潤滑剤などを適用してりん酸塩皮膜上に潤滑皮膜
を形成させる。
ニトロベンゼンスルフォン酸である。りん酸塩処理液は
必要に応じてその中低温における化成速度を速める(化
成性の向上に寄与する)ためにキレート化剤として蓚
酸、くえん酸、グリセロリン酸、尿素、ポリビニルアル
コールまたはポリビニルピロリドンを0.01〜0.05%含有
させることができる。また、本発明に適用するりん酸塩
処理液は、さらに酸化剤として塩素酸塩例えばNaClO3、
ニッケル、コバルトまたは銅などの重金属イオン等を含
有させることを拒むものではない。前述のごとく本発明
の方法においては、表面清浄な鉄鋼を以上のごとく成分
を特定したりん酸塩処理液に35〜65℃の温度で3〜20分
浸漬してりん酸塩皮膜を形成させるが、このプロセスに
は皮膜化成後の水洗−乾燥もしくは水洗−中和の工程が
含まれる。水洗−乾燥後の潤滑処理としては、例えば2
硫化モリブデン、2硫化タングステン、グラファイトま
たはふっ素樹脂などを含む潤滑剤または極圧添加剤を含
む油性潤滑剤などを適用してりん酸塩皮膜上に潤滑皮膜
を形成させる。
水洗−中和後の潤滑処理として、広く適用される方法
即ちC16〜C19の飽和または不飽和脂肪酸のアルカリ金属
塩、通常ステアリン酸ナトリウムを主成分とする弱アル
カリ性金属石鹸水溶液を70〜75℃に加熱しその中に浸漬
処理してりん酸塩皮膜上に脂肪酸亜鉛皮膜と脂肪酸アル
カリ金属皮膜を層状に形成させる方法が一般的であり特
に好ましい潤滑処理方法である。
即ちC16〜C19の飽和または不飽和脂肪酸のアルカリ金属
塩、通常ステアリン酸ナトリウムを主成分とする弱アル
カリ性金属石鹸水溶液を70〜75℃に加熱しその中に浸漬
処理してりん酸塩皮膜上に脂肪酸亜鉛皮膜と脂肪酸アル
カリ金属皮膜を層状に形成させる方法が一般的であり特
に好ましい潤滑処理方法である。
この潤滑皮膜形成法には最終工程として潤滑皮膜の乾
燥が含まれる。
燥が含まれる。
次に第2発明について説明する。この発明の第1発明
と相違する点は、潤滑下地処理に適用するりん酸塩処理
液が金属イオンとして亜鉛イオン、第1鉄イオン以外に
カルシウムイオンを0.2〜2.0%含有することそして、亜
鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が0.7〜4.0
であることである。従って他の面では第1発明と全く同
じである。故に本第2発明で適用するりん酸塩処理液は
第1発明の方法において適用するりん酸亜鉛系処理液の
処理液構成にカルシウムイオンを前述の如き限定をもっ
て加えたものである。
と相違する点は、潤滑下地処理に適用するりん酸塩処理
液が金属イオンとして亜鉛イオン、第1鉄イオン以外に
カルシウムイオンを0.2〜2.0%含有することそして、亜
鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が0.7〜4.0
であることである。従って他の面では第1発明と全く同
じである。故に本第2発明で適用するりん酸塩処理液は
第1発明の方法において適用するりん酸亜鉛系処理液の
処理液構成にカルシウムイオンを前述の如き限定をもっ
て加えたものである。
このような処理液を用いる以外は第1発明と全く同様
に行う方法が第2発明である。本第1発明の方法にて使
用するりん酸亜鉛系処理液、厳密にはりん酸亜鉛・鉄処
理液からはphosphophyllite結晶{Zn2Fe(PO4)2・4H2
O}を主成分とする均質皮膜が形成されるが、この処理
液に前述のような限定された量のカルシウムイオンを含
有させるとscholzite{Zn2Ca(PO4)2・2H2O}が主体
となり、これに副成分としてZn2Fe(PO4)2・4H2Oなら
びにhopeit{Zn3(PO4)24H2O}が共析しこれらが略一
体化した均質微細な粒状皮膜を構成するのである。しか
しながら、カルシウムイオン含有量が0.2%未満または
亜鉛イオンに対する重量比が0.7未満では、前記の微細
な結晶群の中に主成分としてphosphophylliteと断定さ
れるscholzite系よりも大きな結晶が散在するようにな
り前記重量比が小さくなるにつれてphosphophyllite系
結晶が増加するようになるので結晶構造的に不均一な皮
膜となる。特に強い冷間加工の際はミクロ的に均一皮膜
を要件とするので、このような不均一な皮膜は強い冷間
加工下地として望ましいものではない。逆にCaイオンが
2.0%超またはCa2+/Zn2+が4.0超では、前記の微細な粒
状結晶群の間に比較的に軟質のmonetite(CaHPO4)が析
出するようになり、冷間加工性を低下させる。りん酸塩
処理液中のZnイオン濃度は0.3〜2.5%が好ましく0.3未
満では形成皮膜中に比較的に軟質のmonetiteを共析し易
くなり、逆に2.5超では前記微細な結晶群にhopeit{Zn3
(PO4)2・4H2O}とphosphophylliteとの共析結晶が散
在し易くなるので結晶構造的に不均一な皮膜となり易
い。従って、何れにしても好ましくない。また、第1鉄
イオンは0.01〜2.0%が好ましく0.01%未満またはFe2+/
Zn2+が0.005未満では強冷間加工に適する潤滑下地とし
ては不十分な皮膜を形成し易い。
に行う方法が第2発明である。本第1発明の方法にて使
用するりん酸亜鉛系処理液、厳密にはりん酸亜鉛・鉄処
理液からはphosphophyllite結晶{Zn2Fe(PO4)2・4H2
O}を主成分とする均質皮膜が形成されるが、この処理
液に前述のような限定された量のカルシウムイオンを含
有させるとscholzite{Zn2Ca(PO4)2・2H2O}が主体
となり、これに副成分としてZn2Fe(PO4)2・4H2Oなら
びにhopeit{Zn3(PO4)24H2O}が共析しこれらが略一
体化した均質微細な粒状皮膜を構成するのである。しか
しながら、カルシウムイオン含有量が0.2%未満または
亜鉛イオンに対する重量比が0.7未満では、前記の微細
な結晶群の中に主成分としてphosphophylliteと断定さ
れるscholzite系よりも大きな結晶が散在するようにな
り前記重量比が小さくなるにつれてphosphophyllite系
結晶が増加するようになるので結晶構造的に不均一な皮
膜となる。特に強い冷間加工の際はミクロ的に均一皮膜
を要件とするので、このような不均一な皮膜は強い冷間
加工下地として望ましいものではない。逆にCaイオンが
2.0%超またはCa2+/Zn2+が4.0超では、前記の微細な粒
状結晶群の間に比較的に軟質のmonetite(CaHPO4)が析
出するようになり、冷間加工性を低下させる。りん酸塩
処理液中のZnイオン濃度は0.3〜2.5%が好ましく0.3未
満では形成皮膜中に比較的に軟質のmonetiteを共析し易
くなり、逆に2.5超では前記微細な結晶群にhopeit{Zn3
(PO4)2・4H2O}とphosphophylliteとの共析結晶が散
在し易くなるので結晶構造的に不均一な皮膜となり易
い。従って、何れにしても好ましくない。また、第1鉄
イオンは0.01〜2.0%が好ましく0.01%未満またはFe2+/
Zn2+が0.005未満では強冷間加工に適する潤滑下地とし
ては不十分な皮膜を形成し易い。
また処理液中の第1鉄イオンを0.01%未満とするには
処理液に促進剤(NaNO2,H2O2等)を頻発的に添加して第
1鉄イオンを析出除去させる必要があるのでスラッジ生
成量が増大する。
処理液に促進剤(NaNO2,H2O2等)を頻発的に添加して第
1鉄イオンを析出除去させる必要があるのでスラッジ生
成量が増大する。
逆に、第1鉄イオンが2.0%超またはFe2+/Zn2+が3.0
超では処理液中の鉄分過多により逆に亜鉛やカルシウム
分の低下を紹来し、Fe−Hureaulith{Fe5H2(PO4)4・
4H2O}を含むscholzite系の粗雑皮膜の形成もしくは化
成不良をもたらす。故にFe2+/Zn2+比は0.005〜3.0と限
定される。
超では処理液中の鉄分過多により逆に亜鉛やカルシウム
分の低下を紹来し、Fe−Hureaulith{Fe5H2(PO4)4・
4H2O}を含むscholzite系の粗雑皮膜の形成もしくは化
成不良をもたらす。故にFe2+/Zn2+比は0.005〜3.0と限
定される。
次に、リン酸イオン濃度は0.5〜5.0%の範囲が好まし
く、0.5%未満では皮膜化成性が悪くなり、5.0%より多
くしても単に濃度が高くなるだけで化成性の向上に寄与
しない。次に硝酸イオン濃度は0.7〜12.0%が好まし
く、0.7%未満では皮膜化成速度が遅くなるので長時間
の処理を要しまた形成される皮膜は粗い密着力の劣った
状態となる。12.0%を越えると処理液中のZn(NO3)2
やCa(NO3)2の濃度が高くなり、従ってそれだれ皮膜
形成に必要なZn(H2PO4)2並びにCa(H2PO4)2の濃度
が低下して皮膜化成性(つきまわり性)が低下する。
く、0.5%未満では皮膜化成性が悪くなり、5.0%より多
くしても単に濃度が高くなるだけで化成性の向上に寄与
しない。次に硝酸イオン濃度は0.7〜12.0%が好まし
く、0.7%未満では皮膜化成速度が遅くなるので長時間
の処理を要しまた形成される皮膜は粗い密着力の劣った
状態となる。12.0%を越えると処理液中のZn(NO3)2
やCa(NO3)2の濃度が高くなり、従ってそれだれ皮膜
形成に必要なZn(H2PO4)2並びにCa(H2PO4)2の濃度
が低下して皮膜化成性(つきまわり性)が低下する。
また、本第2発明で使用するりん酸塩処理液には第1
発明の場合と同様にニトロベンゼンスルフォン酸、ニト
ロアニリンスルフォン酸、ニトロトルエンスルフォン
酸、ニトロキシレンスルフォン酸等のニトロ基を有する
水溶性芳香族化合物を0.02〜0.25%含有するが、この添
加理由はりん酸塩処理の低温化(35〜65℃の処理温度)
にあり、処理液が鉄分を含んでいても低温化を可能なら
しめるのである。前記化合物の濃度が0.02%未満ではそ
の効果が期待し難く、0.25%超加えてもその効果の向上
は望めず、多量の添加によりむしろ、皮膜化成性を損ね
る作用を示す。これらの化合物のうち代表的に用いられ
のはメタニトロベンゼンスルフォン酸である。本りん酸
塩処理液は第1発明におけるそれと同様に第1鉄イオン
を含有するものであるから、NaNO2又はH2O2などの促進
剤の使用を殆ど又は全く回避できるのでスラッジ析出量
が比較的に少ないという効果も付与するものである。ま
た、本第2発明において使用されるりん酸塩処理液に、
本第1発明におけるそれの場合と同様に必要に応じてキ
レート化剤として蓚酸、酒石酸、くえん酸、グリセロリ
ン酸、尿素、ポリビニルアルコールまたはポリビニルピ
ロリドンを0.01〜0.05%添加してその処理液の中低温
(35〜65℃)における化成速度を速めることができる。
なお、この処理液は、さらに酸化剤として塩素酸塩例え
ばNaClO3、ニッケル、コバルトまたは銅などの重金属イ
オン等を含有させることを拒むものではない。
発明の場合と同様にニトロベンゼンスルフォン酸、ニト
ロアニリンスルフォン酸、ニトロトルエンスルフォン
酸、ニトロキシレンスルフォン酸等のニトロ基を有する
水溶性芳香族化合物を0.02〜0.25%含有するが、この添
加理由はりん酸塩処理の低温化(35〜65℃の処理温度)
にあり、処理液が鉄分を含んでいても低温化を可能なら
しめるのである。前記化合物の濃度が0.02%未満ではそ
の効果が期待し難く、0.25%超加えてもその効果の向上
は望めず、多量の添加によりむしろ、皮膜化成性を損ね
る作用を示す。これらの化合物のうち代表的に用いられ
のはメタニトロベンゼンスルフォン酸である。本りん酸
塩処理液は第1発明におけるそれと同様に第1鉄イオン
を含有するものであるから、NaNO2又はH2O2などの促進
剤の使用を殆ど又は全く回避できるのでスラッジ析出量
が比較的に少ないという効果も付与するものである。ま
た、本第2発明において使用されるりん酸塩処理液に、
本第1発明におけるそれの場合と同様に必要に応じてキ
レート化剤として蓚酸、酒石酸、くえん酸、グリセロリ
ン酸、尿素、ポリビニルアルコールまたはポリビニルピ
ロリドンを0.01〜0.05%添加してその処理液の中低温
(35〜65℃)における化成速度を速めることができる。
なお、この処理液は、さらに酸化剤として塩素酸塩例え
ばNaClO3、ニッケル、コバルトまたは銅などの重金属イ
オン等を含有させることを拒むものではない。
次に、りん酸塩処理に続いて行われる処理ならびにそ
の皮膜上に形成させるために適用する潤滑剤およびその
処理は本第1発明におけると全く同様である。
の皮膜上に形成させるために適用する潤滑剤およびその
処理は本第1発明におけると全く同様である。
以下に本発明の効果をさらに具体的に説明するために
実施例を挙げ比較例と共に示す。
実施例を挙げ比較例と共に示す。
[実施例1〜4] S35Cの円筒形試験片を酸洗、水洗し、表1のりん酸塩
処理液でそれぞれ処理し、次いで石けん潤滑剤パールブ
−235(商品名、日本パーカライジング(株)社製、主
成分:ステアリン酸ナトリウム、副成分:ホウ酸ナトリ
ウムおよび亜硝酸ナトリウム)70g/,75℃で5分間浸
漬し乾燥後下記条件により後方穿孔押出し加工法により
潤滑性の評価を 行った。
処理液でそれぞれ処理し、次いで石けん潤滑剤パールブ
−235(商品名、日本パーカライジング(株)社製、主
成分:ステアリン酸ナトリウム、副成分:ホウ酸ナトリ
ウムおよび亜硝酸ナトリウム)70g/,75℃で5分間浸
漬し乾燥後下記条件により後方穿孔押出し加工法により
潤滑性の評価を 行った。
試験条件 (株)豊田中央研究所の団野らが「塑性と加工」Vol2
4,No.265に発表した後方穿孔押出し加工法により焼付発
生限界穿孔深さを求めた。即ちその加工法は以下の通り
である。
4,No.265に発表した後方穿孔押出し加工法により焼付発
生限界穿孔深さを求めた。即ちその加工法は以下の通り
である。
使用機器及び試験条件 福井機械(株)製:200Ton冷間鍛造用クランクプレス ストローク回数:30spm 試験金型:ダイ30mmφ SKD11,パンチ21.21mmφ,日立
金属粉末ハイス(HAP40,C=1.3 Cr=4.0 W=6.0 Mo=
5.0 V=3.0 Co=8.0), 断面減少率:50%(ブランク底部10mm残し) 前記表2,及び第1図から明らかなように実施例1〜4
は充分な皮膜重量、金属石けん量が得られており後方穿
孔押出し試験の結果、実施例は比較例よりも焼き付き発
生限界深さが深く潤滑性に優れている。
金属粉末ハイス(HAP40,C=1.3 Cr=4.0 W=6.0 Mo=
5.0 V=3.0 Co=8.0), 断面減少率:50%(ブランク底部10mm残し) 前記表2,及び第1図から明らかなように実施例1〜4
は充分な皮膜重量、金属石けん量が得られており後方穿
孔押出し試験の結果、実施例は比較例よりも焼き付き発
生限界深さが深く潤滑性に優れている。
[実施例5〜8] S−45Cの線材(10mmφ×100mm)を酸洗、水洗し、表
3のりん酸塩処理液でそれぞれ処理し、次いで水洗して
から石鹸潤滑剤パールブ235(商品名、日本パーカライ
ジング(株)社製)70g/、75℃で5分間浸漬し、乾燥
後バウデン式摩擦摩耗試験機(EFM−4、東洋ボールド
ウィン社製)で、表4の条件により焼付(摩擦係数0.2
以上)までの摺動回数を測定した。その結果は表5及び
表6に示す通りであった。前記表5,6から明らかな通り
実施例5〜8は充分な皮膜重量、金属石鹸量が得られ、
バウデン試験結果も耐焼付き性において、比較例5〜8
よりも著しく優れていることが明らかである。
3のりん酸塩処理液でそれぞれ処理し、次いで水洗して
から石鹸潤滑剤パールブ235(商品名、日本パーカライ
ジング(株)社製)70g/、75℃で5分間浸漬し、乾燥
後バウデン式摩擦摩耗試験機(EFM−4、東洋ボールド
ウィン社製)で、表4の条件により焼付(摩擦係数0.2
以上)までの摺動回数を測定した。その結果は表5及び
表6に示す通りであった。前記表5,6から明らかな通り
実施例5〜8は充分な皮膜重量、金属石鹸量が得られ、
バウデン試験結果も耐焼付き性において、比較例5〜8
よりも著しく優れていることが明らかである。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の潤滑処理方法は何れも
(第1発明も第2発明も)鉄鋼の冷間加工に適した優れ
た潤滑皮膜を形成させるものであって、次のような効果
をもたらすものである。
(第1発明も第2発明も)鉄鋼の冷間加工に適した優れ
た潤滑皮膜を形成させるものであって、次のような効果
をもたらすものである。
1.本発明において適用するりん酸塩処理上の効果 a.比較的に低い温度(35〜65℃)で効率的に処理できる
(処理時間3〜20分浸漬) b.処理の際に促進剤(NaNO2,H2O2など)の使用が殆ど又
は全く回避できる。従って処理液の管理がそれだけ容易
である。
(処理時間3〜20分浸漬) b.処理の際に促進剤(NaNO2,H2O2など)の使用が殆ど又
は全く回避できる。従って処理液の管理がそれだけ容易
である。
c.緻密なりん酸塩皮膜(何れの処理液の場合も7〜12g/
m2の皮膜重量)を形成し強冷間加工に適する下地皮膜が
得られる。
m2の皮膜重量)を形成し強冷間加工に適する下地皮膜が
得られる。
d.処理液からのスラッジ生成量が少ない 2.本発明の実施により得られる潤滑皮膜は優れた冷間加
工性を示すものであり、潤滑処理液としてC16〜C18の飽
和又は不飽和脂肪酸のアルカリ金属塩、特にステアリン
酸ナトリウムを主成分とする水系潤滑処理液を適用して
りん酸塩皮膜の上に金属石鹸皮膜層を形成させたものは
特に優れた性能を発揮する。
工性を示すものであり、潤滑処理液としてC16〜C18の飽
和又は不飽和脂肪酸のアルカリ金属塩、特にステアリン
酸ナトリウムを主成分とする水系潤滑処理液を適用して
りん酸塩皮膜の上に金属石鹸皮膜層を形成させたものは
特に優れた性能を発揮する。
第1図は[実施例1〜4]の後方穿孔押出しの焼付き限
界穿孔深さを示す図、 第2図は、後方穿孔押出加工の試験装置の概略図、 第3図は、後方穿孔押出加工の工具形状を示す図、であ
る。
界穿孔深さを示す図、 第2図は、後方穿孔押出加工の試験装置の概略図、 第3図は、後方穿孔押出加工の工具形状を示す図、であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷沢 康雄 東京都中央区日本橋1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64−55390(JP,A) 特開 昭64−52084(JP,A) 特開 昭64−277(JP,A) 特開 昭61−157684(JP,A) 特開 昭60−204890(JP,A) 特開 昭60−174880(JP,A) 特開 昭60−43491(JP,A) 特開 昭58−213880(JP,A)
Claims (2)
- 【請求項1】鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理方法におい
て、鉄鋼を亜鉛イオン0.3〜2.5%(重量%以下同じ)、
第1鉄イオン0.01〜2.0%,りん酸イオン0.5〜5.0%,
硝酸イオン0.7〜12.0%およびニトロ基及びスルフォン
基を有する水溶性芳香族化合物0.02〜0.25%を含有しか
つ亜鉛イオンに対する第1鉄イオンの重量比が0.005〜
3.0であるりん酸塩処理液に35〜65℃の温度で3〜20分
間浸漬して該鉄鋼表面にりん酸塩皮膜を形成させること
および該りん酸塩皮膜上に潤滑皮膜を形成させることか
ら成ることを特徴とする鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理
方法 - 【請求項2】鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理方法におい
て、鉄鋼を亜鉛イオン0.3〜2.5%,カルシウムイオン0.
2〜2.0%,第1鉄イオン0.01〜2.0%,りん酸イオン0.5
〜5.0%,硝酸イオン0.7〜12.0%およびニトロ基及びス
ルフォン基を有する水溶性芳香族化合物0.02〜0.25%を
含有し、亜鉛イオンに対する第1鉄イオンの重量比が0.
005〜3.0でありかつ亜鉛イオンに対するカルシウムイオ
ンの重量比が0.7〜4.0であるりん酸塩処理液に35〜65℃
の温度で3〜20分間浸漬して該鉄鋼表面にりん酸塩皮膜
を形成させることおよび該りん酸塩皮膜上に潤滑皮膜を
形成させることから成ることを特徴とする鉄鋼の冷間塑
性加工用潤滑処理方法
Priority Applications (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1015128A JP2636919B2 (ja) | 1989-01-26 | 1989-01-26 | 鉄鋼の冷間塑性加工用潤滑処理方法 |
ZA90305A ZA90305B (en) | 1989-01-26 | 1990-01-16 | Lubrication treatment method for the cold plastic-working or iron and steel |
DE90101350T DE69001680T2 (de) | 1989-01-26 | 1990-01-24 | Methode zum Einschmieren von Eisen und Stahl vor der Kaltverarbeitung. |
DK90101350.8T DK0380067T3 (da) | 1989-01-26 | 1990-01-24 | Fremgangsmåde til smøring af jern og stål før koldbearbejdning |
EP90101350A EP0380067B1 (en) | 1989-01-26 | 1990-01-24 | Improved method of lubricating iron and steel before cold working |
AT90101350T ATE89875T1 (de) | 1989-01-26 | 1990-01-24 | Methode zum einschmieren von eisen und stahl vor der kaltverarbeitung. |
ES199090101350T ES2042082T3 (es) | 1989-01-26 | 1990-01-24 | Metodo perfeccionado para lubricar hierro y acero antes de mecanizado en frio. |
AU48736/90A AU621977B2 (en) | 1989-01-26 | 1990-01-25 | Improved method of lubricating iron and steel before cold working |
BR909000328A BR9000328A (pt) | 1989-01-26 | 1990-01-25 | Processo para aplicar uma camada lubrificante a superficie de objetos de ferro e aco |
AR90316014A AR244117A1 (es) | 1989-01-26 | 1990-01-25 | Metodo para lubricar hierro y acero antes de ser trabajados en frio. |
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AU592671B2 (en) * | 1986-09-26 | 1990-01-18 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Phosphate coating composition and method of applying a zinc-nickel phosphate coating |
DE3712339A1 (de) * | 1987-04-11 | 1988-10-20 | Metallgesellschaft Ag | Verfahren zur phosphatierung vor der elektrotauchlackierung |
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