JP5343056B2

JP5343056B2 - 冷間圧造用ステンレス鋼線

Info

Publication number: JP5343056B2
Application number: JP2010204742A
Authority: JP
Inventors: チョ，ヒョン−ジョン; シン，ビョン−チョル; 幸男山岡
Original assignee: 萬鎬製綱株式会社
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-09-13
Also published as: JP2012057246A

Description

本発明は冷間圧造用ステンレス鋼線に関し，より詳しくは，亜鉛めっき層が形成されたステンレス鋼線に，無機コーティング剤でコートした後にスキンパス加工し，その表面に潤滑剤を圧着させて製造する，ねじ，ボルト製造に使用する冷間圧造用ステンレス鋼線に関するものである。

一般的なねじ，ボルト用の３００系，４００系ステンレス鋼線は最終光輝焼鈍によって軟化させて，直ちにねじ，ボルト等に圧造成形加工されたり，または，更に圧造性向上のため，軟化光輝焼鈍後に軽度のスキンパス加工を施して，引張強度の上昇を抑制しながら，表面に種々の潤滑剤を付着させた後にねじ，ボルト等に圧造加工されている。

このような圧造加工において，最大の懸案事項は(A)頭部成形時の十字（矢）パンチの長寿命化，(B)頭部成形と同時に行われるねじ，ボルト軸部の絞り加工性能の向上にあると言われている。

課題(A)においては，長寿命化は圧造パンチの消耗量の減少に直結し，圧造作業の原価低減を実現する。課題(B)においては，軸絞り加工率を大きくできれば，軸部は短いワイヤ長さで長めの軸を成形できるので，材料ワイヤの消費量が減り，課題(A)と同様に製造原価の低減を達成できる。

更に，軸絞り加工率を大きくとることができる圧造用ワイヤは表面の潤滑性が優れていることを意味するので，軸絞りダイスのカジリ，焼付発生がないことに直結し，これは軸絞りダイスの損耗を低下させ，やはり原価低減が達成できる。

従来より，上述の課題(A)と(B)の解決及び向上を目的に下記のような種々の手段が開発され，用いられてきた。

〔(a)形皮膜〕:
一般的に多用されている基本皮膜処理としては，最終スキンパス加工前に表面にテフロン（登録商標）系，弗化樹脂系や，Ｋ₂ＳＯ₄,Ｎａ₂ＳＯ₄等の無機剤系皮膜をコートした後に伸線潤滑剤を用いてスキンパス加工して，表面を前記特殊コートとステアリン酸カルシウム系の潤滑剤の２層構造とする手段がある(本明細書において，「(a)形皮膜」と言う)。

〔(b)形皮膜〕:
表面に蓚酸皮膜(ＦｅＣ₂Ｏ₄)(通称蓚酸ボンデ)を化学反応によってコーティングし，その後，伸線潤滑剤を用いてスキンパス加工して蓚酸ボンデと上記潤滑剤の２層構造とする手段がある(本明細書において，これを「(b)形皮膜」と言う)。

そして，現状では(b)形皮膜は，上述の課題(A)のパンチ寿命，課題(B)の軸絞り加工性ともに優れているけれども，皮膜コストが高いため，軸絞り加工のないねじ，ボルトの圧造加工は(a)形皮膜が，基本皮膜として多用されている。一方，(b)形皮膜は軸絞り加工を行うねじ，ボルトに限定して使用されているだけである。

前述のように軸絞り加工しないねじ，ボルト等は前記(a)形皮膜で述べた特殊コートと潤滑剤の２重構造皮膜をもつワイヤから圧造されているが，このようなワイヤは軸絞り加工には全く耐えることができないばかりでなく，圧造パンチの長寿命化も限界を示しており，更なる長寿命化は不可能な状況である。

他方，蓚酸ボンデは前述のように十字（矢）パンチの寿命も軸絞り加工性も上述の(a)形皮膜，すなわち，基本皮膜処理のものより性能は優れているが，蓚酸ボンデ処理は処理液５〜６tに対して，ワイヤは２００〜２５０t程度しか処理できず，この規定処理量を越えると廃液となる。この場合，この蓚酸ボンデ廃液中にはＣｒイオンを含むので，専用処理業者に有償で引取ってもらう必要があり，それ故，蓚酸ボンデ処理した圧造用ステンレス鋼線は追加的に蓚酸ボンデ廃液処理費用を反映したエキストラ価格となる。そのために軸絞り加工を行うねじ，ボルトに限定使用されているという状況にある。また，軸絞り加工性に優れていると言われているものの軸絞り加工率３０％までが限界となっており，万能的な皮膜ではない。

また，上述のように軸絞り加工のないものは，(a)形皮膜工程で作られた「特殊コーティング＋潤滑剤」の表面構造をもつワイヤ，軸絞り加工するものは(b)形皮膜で造られた「蓚酸ボンデ＋潤滑剤」の表面構造をもつワイヤと区別しているように，それぞれのねじ，ボルトの加工手段によって表面構造の異なる皮膜を使い分けるという不便があった。

また，最も重要な問題点は，前述の課題(A)パンチ寿命向上および(B)軸絞り加工性能の向上という要求が，１種類の皮膜構造で総括的に満足できる水準までいけなかったということである。

本発明は前述の従来技術の問題点を解決するために開発されたものであり，本発明は蓚酸ボンデのような高価な経費を要せず，十字（矢）パンチの寿命や，軸絞り加工性の大幅な向上を実現できる，圧造性に優れた新しい圧造加工用潤滑皮膜のステンレス鋼線を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明の冷間圧造用ステンレス鋼線は，ステンレス鋼線の上に金属亜鉛めっき層が形成されていることを特徴とする。そして，前記亜鉛めっき層は電気亜鉛めっきされたもので，めっき厚さは２．０〜７．０μmであることを特徴とする。

また，本発明において，前記ステンレス鋼線は，前記亜鉛めっき層の上に潤滑剤が塗布されている。そして，前記潤滑剤はステアリン酸カルシウム系の潤滑剤が好適である。

また，前記ステンレス鋼線は，前記亜鉛めっき層と潤滑剤の間に無機コーティング剤が塗布されていて，また，前記無機コーティング剤はＫ₂ＳＯ₄+Ｎａ₂ＳＯ₄の混合物であることが好ましい。

本発明の冷間圧造用ステンレス鋼線は，実施形態として，以下の製造手段により製造することができる。

すなわち，ステンレス鋼線に亜鉛めっきする工程と;前記亜鉛めっき層の上に無機コーティング剤をコートする工程と;前記亜鉛と無機コーティング剤でコートされたステンレス鋼線をスキンパスし，その表面に潤滑剤を圧着させる工程を含む。

また，本発明において，前記亜鉛めっきは電気亜鉛めっきであり，めっき厚さが２．０〜７．０μmになるようにめっきラインの線速を制御する。そして，前記無機コーティング剤はＫ₂ＳＯ₄＋Ｎａ₂ＳＯ₄の混合剤であり，前記潤滑剤はステアリン酸カルシウム系の潤滑剤である。

本発明によると，(１)ねじ頭部圧造加工時の十字（矢）パンチ工具の寿命を長くして生産性向上に寄与する。(２)ボルト軸絞り加工性能を向上させて加工能率を上げ，生産性を高める。(３)金属亜鉛めっきは２．０〜７．０μmと薄いので，圧造コストの大幅な上昇の要因にならない。従って，費用対効果の大きい皮膜である。

また，本発明皮膜の効果は４００系，３００系ステンレスの圧造加工は勿論のこと，４１０系タッピンねじ(図３参照)の先端の切刃先形成のための圧造加工に類似の圧縮加工においても加工ダイスの寿命を向上させる。

なお，鉄系金属を防食する亜鉛皮膜があることにより，ステンレス鋼自体の耐食性が劣化するということはない。

ねじ頭部の十字パンチの寿命に及ぼす金属亜鉛皮膜の効果を示すグラフである。ボルト圧造加工時の軸絞り加工性能に及ぼす金属亜鉛皮膜の効果の説明図である。４１０系タッピンねじ先端の切刃先の状態を示す概念図である。

本発明の重要構成内容は下記の２点に集約できる;(1)ステンレス鋼線に金属亜鉛をめっきする点，(2)大幅なコスト上昇を抑えるため金属亜鉛の平均厚さを２．０〜７．０μmと薄化した点。

発明者等はねじ，ボルト圧造加工中のパンチの長寿化，優れた軸絞り加工性を有する皮膜として，金属亜鉛に着目し，ステンレス鋼線に電気亜鉛めっきを施した後に，前述の無機コーティングを行い，その後，伸線潤滑剤を用いてスキンパス加工によって表面にステアリン酸系の潤滑剤を付着させた本発明の潤滑皮膜を開発した。

ここで，金属亜鉛をコートする理由は，鋼線よりボルト又はねじを圧造する時に，治具(ダイス)と鋼線との摩擦力を緩和し，加工能力を向上させるためである。

すなわち，亜鉛は柔らかい金属であるので，高硬度の金属であるステンレス鋼線とダイス間との圧造摩擦力を緩和することとなり，それで，圧造加工の能力が著しく向上される。

また，電気亜鉛めっきを実施する理由は，電気めっきを行った方が他の手段に比べて皮膜が均一で，ステンレス鋼線と亜鉛との間に優れた結合力を示し，かつ，ボルト又はねじ等が加工された以降でも亜鉛めっきによる美麗な表面が再現できるからである。

また，無機コーティングをする理由は，前記亜鉛による摩擦力の緩和にさらに加えて，ステンレス鋼線とダイス間との圧造摩擦力を減少させるためである。これにより，ボルト又はねじを圧造する加工能力がさらに著しく上昇される。無機コーティングは，無機溶液の入った溶融槽に亜鉛めっきされたステンレス鋼線を通過させ，乾燥することにより行われる。

また，スキンパス加工を行う理由は，潤滑剤を表面に圧着させて表面粗さを減少させ，寸法の精度を高めるためである。潤滑剤もやはり摩擦力を減らして，ダイス通過時の加工能力を向上させる。

以下に添付の図面を参照にしながら本発明をより詳しく説明する。図１は，ねじ頭部の十字パンチ寿命に及ぼす金属亜鉛皮膜の効果を示すグラフである。

図１は，ねじ用ステンレス鋼線ＸＭ−７の軟化焼鈍材に亜鉛電気めっきを施した後，無機コ-ティング剤をコートし，つづいて潤滑剤を用いてスキンパス加工を行ってステアリン酸系カルシウム潤滑剤を圧着した，線径３．４６mmのねじ用ワイヤについて，十字矢付丸頭ねじを圧造した時のパンチ寿命と亜鉛皮膜厚さの関係である。パンチ寿命は前述の(a)形皮膜を基本皮膜として，その比率で示している。

図１より明らかなように０．５μmの金属亜鉛皮膜の存在によって，パンチ寿命は基本皮膜((a)形皮膜)の１．６倍の寿命を示し，２μmの厚さでは蓚酸ボンデ((b)形皮膜)より寿命は長く，本発明皮膜はパンチを非常に長寿命化させることが明白である。しかしながら，亜鉛皮膜が８μmと厚くなると，ガイド孔に接触して剥れた微粉亜鉛が溜りやすくなり，パンチ寿命に到達する前に，ガイドへの目詰まりによりワイヤ送給が困難になり，圧造ができなくなる。

従って，本発明の亜鉛万能皮膜は２．０〜７．０μm厚さの範囲で有効となる。

図２は，ボルト圧造加工時の軸絞り加工性能に及ぼす金属亜鉛皮膜の効果を説明するための図面である。図２では前述のねじ用ワイヤと同様に軟化焼鈍したＸＭ−７に電気亜鉛めっき→スキンパス加工を施して仕上げた６．６８mmのボルト用ワイヤの軸絞り加工性能に及ぼす亜鉛めっきの厚さの効果を示している。

軸絞り加工性能は図２中に明記しているように１hr圧造後に軸部を１２倍のルーペで観察してダイスマーク，カジリの発生を見て判定した。図２より明らかなように本発明の亜鉛皮膜は，軸絞り加工３０％までは０．５μmの厚さで正常加工されており，５１％軸絞り加工で０．５μmでは１hr後に表面にダイスマークが発生するが，２μm厚さでは正常に加工されている。

しかし，１５〜６３％の軸絞り加工においても，亜鉛めっき厚さが８μmと厚くなると，前述のねじ圧造加工の時と同様にガイドに目詰りが発生し，ワイヤ送給が停止するので，本発明亜鉛皮膜はボルトの軸絞り加工においても皮膜厚さ２．０〜７．０μmの範囲が有用であることが判る。軸絞り加工が６３％になると，本発明の皮膜でも早期にダイスマークやカジリが発生し，正常加工は困難であった(１時間(hr)の加工ができない)。

このような本発明皮膜の顕著な効果に反して，図２に示すように，基本皮膜では１５％の軸絞り加工でも１hr以内に焼付，カジリが発生し，蓚酸ボンデ皮膜においても３０％までは軸絞りの正常加工は可能となっているが，５１％加工では１hr加工後にダイスマークが発生しており，本発明皮膜より明らかに性能は劣っている。

なお，図１及び図２において，亜鉛皮膜を平均厚さ(μm)で示しているが，これは亜鉛付着量(g/m²)を重量法で測定して(１)の換算式で求めた値である。

以下に本発明の実施例をより詳細に説明する。

〔(１)十字矢ねじ頭部のパンチ寿命の実施例〕
ＸＭ−７（５．５ψRod）に伸線と焼鈍を施して３．５２mmの軟化焼鈍線を作った。そして，この３．５２mmの焼鈍線に無機コート剤(Ｋ₂ＳＯ₄+Ｎａ₂ＳＯ₄の混合剤)をコーティングした後，ステアリン酸カルシウム系潤滑剤を用いて３．４％のスキンパス加工を行って，３．４６mmとしたものを基本皮膜((a)形皮膜)とした。

蓚酸ボンデコートは上述の３．５２mm焼鈍材の束コイルを市販の蓚酸ボンデ液(８０℃)に，１５分間浸漬して処理したのち，３．４％のスキンパス加工をして３．４６mmに仕上げた。((b)形皮膜)ボンデ付着量は６．１g/m²であった。

本発明の亜鉛皮膜は，前記３．５２mmの軟化焼鈍材を〔表１〕の条件でインライン方式で電気めっきを行った。亜鉛厚さは線速を変化させて変えた。

亜鉛めっき後，Ｋ₂ＳＯ₄+Ｎａ₂ＳＯ₄の混合剤による無機コート皮膜処理ののち，同じステアリン酸カルシウム系潤滑剤を用いて３．４％のスキンパスを行って３．４６mmとした。

圧造加工は丸頭十字矢付ねじで行った。圧造速度は１１０本/分で，十字矢の深さが圧造と共に浅くなり，規格を満たさなくなった時までの圧造本数を十字（矢）パンチの寿命とした。寿命は５回繰り返したテストの平均値で示した。

下記の〔表２〕はＸＭ−７（３．４６mm）の十字（矢）パンチ寿命を基本皮膜，蓚酸ボンデ皮膜と本発明皮膜を比較して示したものである。

本発明皮膜は０．５μmの厚さでも基本皮膜よりパンチ寿命は長く，１．５倍を示しており，２．２μm以上７．０μmまでは蓚酸ボンデ皮膜より寿命が長く非常に優れた皮膜であることが判る。

しかし，８．０μmと亜鉛皮膜が厚くなるとガイド孔に亜鉛粉が溜り，目詰まりしてワイヤの送給が停止して，パンチ寿命の圧造本数前に圧造加工ができなくなる。従って，７μmを越える厚い皮膜ではその性能は発揮できない。前出図１，図２を含め，これらの結果から，本発明皮膜は２．０〜７．０μmの厚さ内で有用性を発揮することが判る。

〔(２)ボルト軸絞り加工性能に関する実施例〕
ＸＭ−７（９．０mmRod）を伸線後，軟化焼鈍して６．８０mmの中間線を作った。この６．８０mmのワイヤに無機コーティング剤をコートした後，ステアリン酸カルシウム系潤滑剤を用いて３．５％のスキンパス加工を施して６．６８mmとしたものを基本皮膜((a)形皮膜)とした。

蓚酸ボンデコートは６．８０mmのコイル束を市販の蓚酸ボンデ液(８０℃に加温)中に１５分間浸漬して処理した後，同様に潤滑剤を用いて３．５％のスキンパス加工を施して６．６８mmに仕上げた。((b)形皮膜)蓚酸ボンデ付着量は８．５g/m²であった。

本発明の亜鉛めっき皮膜は６．８０mmの軟化焼鈍中間線を上記<表１>のめっき条件でインライン方式で電気めっきした。亜鉛厚さは線速を変化させて変えた。亜鉛めっき後，Ｋ₂ＳＯ₄+Ｎａ₂ＳＯ₄の混合剤による無機コート皮膜処理ののち，同様に潤滑剤を用いて３．５％のスキンパス加工を行って６．６８mmに仕上げた。ボルトは六角頭部ボルトで，軸絞り加工は１５〜６３％まで変化させたが，１５％,３０％軸絞りは１段絞り，５１％，６３％は２段軸絞り加工とした。

軸絞り性能評価は，１hr加工後の軸部の異常，正常の判定で行った。(図２の評価方法)

下記の〔表３〕にボルトの軸絞り加工性能について基本皮膜，蓚酸ボンデ皮膜と本発明皮膜を比較して示す。

本発明皮膜は０．５μm厚さの場合，軸絞り５１％,６３％では異常を示すが，１５％,３０％では正常な軸絞り加工性を示し，蓚酸ボンデ皮膜に匹敵する性能を表す。

２．１μm〜７．０μmでは軸絞り加工５１％まで正常絞り加工となっていて，非常に皮膜性能が良い。８．０μm以上に厚くなると目詰まりを起こし，本発明皮膜の性能は発揮できなくなる。

しかし，本発明皮膜が蓚酸ボンデ皮膜より優れていることは明らかである。

Claims

ステンレス鋼線の上に厚さが２．０〜７．０μmの亜鉛めっき層が形成されていることを特徴とする冷間圧造用ステンレス鋼線。
前記亜鉛めっき層は電気亜鉛めっきされたものであることを特徴とする請求項１記載の冷間圧造用ステンレス鋼線。
前記亜鉛めっき層上に無機コーティング剤を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷間圧造用ステンレス鋼線。
前記無機コーティング剤がＫ _２ＳＯ _４とＮａ _２ＳＯ _４の混合物であることを特徴とする請求項３記載の冷間圧造用ステンレス鋼線。
前記無機コーティング剤上に潤滑剤を設けたことを特徴とする請求項３又は４記載の冷間圧造用ステンレス鋼線。
前記潤滑剤がスキンパスによって表面に圧着されていることを特徴とする請求項５記載の冷間圧造用ステンレス鋼線。