JP6454584B2 - 鋼線材の連続表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼線材の連続表面処理方法に関し、より特定的には、鋼線材の表面にリン酸塩被膜を連続的に形成する方法に関する。

従来から、熱間加工された鋼線材に対して伸線加工や圧造加工などの冷間加工を円滑に行うために、鋼線材表面にリン酸塩被膜を形成する処理（以下「リン酸塩被膜処理」とも記す）をしている。リン酸塩被膜処理は、一般にバッチ方式で行われており、具体的には、コイル状の鋼線材を酸洗槽に浸漬させて酸洗浄することにより、鋼線材の表面に付着したスケールを除去（デスケーリング）し、その後、リン酸塩溶液を貯留した被覆液槽に対してコイル状の鋼線材を浸漬させることにより鋼線材表面にリン酸塩被膜を形成している。

バッチ方式は、大量生産が可能で処理コストも低廉であるというメリットがあるが、その一方で、大量に生じる排液を処理する必要があること、線材同士の接触部分に酸洗液及びリン酸塩溶液が入り込まず処理ムラが発生しやすいこと等のデメリットもある。

上記デメリットを解消する試みとして、インライン方式が検討されている。インライン方式は、まず、コイルから巻き出してストランド状態にした鋼線材に対して、ショットブラストなどを用いた物理的なデスケーリングを連続的に行うことにより鋼線材表面に付着したスケールを除去する。このデスケーリング後の鋼線材をリン酸塩溶液を貯留した被覆液槽内に通過させることにより鋼線材表面にリン酸塩被膜を形成する。このようにインライン方式は、ストランド状態の鋼線材に対して連続的にリン酸塩被膜処理を行うことができるため、バッチ方式で問題となる処理ムラが生じにくい上に、環境汚染の原因となる排液処理も不要になる。

上記インライン方式の加工において、生産能力を高めるべく鋼線材の線速を高めると、被覆液槽内の浸漬（反応）時間を十分に確保することができず、鋼線材表面に十分な厚みのリン酸被膜を作製することができなくなるという問題があった。かかるリン酸塩溶液の浸漬（反応）時間を確保するために、被覆液槽を大型化すると製造設備そのものが大型化してしまうという問題があった。

このようなインライン方式の処理における課題を解決するために、特許文献１〜４に示すような技術が開示されている。

特許文献１には、７８〜８２℃にした特定のリン酸塩処理液に対して鋼線材を２５秒間浸漬させることにより、鉄鋼線材の表面に潤滑被膜を形成する技術が開示されている。前記リン酸塩処理液は、リン酸イオン２０〜２００ｇ／ｌ、硝酸イオン２０〜１２０ｇ／ｌ、カルシウムイオン／亜鉛イオン＝０．２〜２．０（重量比）、亜鉛イオン／リン酸イオン＝０．１〜１．０（重量比）の成分濃度で、全酸度５０〜１５０ポイントに調整されたものである。

特許文献２には、線材に鉄・亜鉛粒によるブラストを行い、線材の表面に鉄・亜鉛合金層を形成させ、その後にリン酸塩被膜を形成させることで、鋼線材の通線速度を向上させることを可能とする技術が開示されている。

特許文献３には、特定の表面調整用前処理液を用いてリン酸塩被膜処理前に前処理を行うことで、リン酸塩被膜の結晶微細化を可能とする技術が開示されている。前記前処理液は、５μｍ以下の粒径をもつＭｎのリン酸塩粒子を少なくとも０．００１〜３０ｇ／Ｌの濃度で含み、アルカリ金属塩もしくはアンモニウム塩またはこれらの混合物を含有し、かつ、当該前処理液のｐＨが４〜１３に調整されたものである。

特許文献４には、ブラスト処理や表面調整剤の代わりに、超高圧のウォータージェットで砥粒を水と一緒に線材に投射し、好適な鋼線材表面形状を形成し、短時間にリン酸塩被膜を形成させる鋼材の表面処理方法が提案されている。

特開昭６０−２０４８９０号公報 特開昭６２−２０７５１２号公報 特開２００３−１６０８８２号公報 特開平７−８０７７２号公報

前記各特許文献１〜４に記載される技術には次のような課題がある。

特許文献１に記載された方法でリン酸塩被膜を形成するためには、リン酸塩被膜処理液に２５秒間浸漬させる必要があるため、処理時間が長いという欠点がある。

特許文献２に記載された技術は、鉄・亜鉛粒という特殊な粒を用いたデスケーリングを含むため、処理コストの著しい上昇を伴うという欠点がある。

特許文献３に記載された表面調整剤を用いたデスケーリングも、リン酸塩被膜の結晶微細化には大きな効果を有するものの、反応速度自体は高いものではなく、よって生産性を十分に満足できるものではない。

特許文献４の超高圧のウォータージェットを用いたデスケーリングは、鋼線材の表面に著しい加工変質をもたらし、これにより、後工程で伸線加工や圧造加工などの冷間加工を行った際に、鋼線材の割れやダイスの焼付きなどの加工不良を発生させるおそれがある。また超高圧の状態を作るためのポンプの寿命が短く、補修頻度が多くなることにより運転停止時間も長くなるため作業性が著しく低下することもある。

本発明は、上記の現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋼線材に対してリン酸塩被膜を短時間かつ低コストで形成することができる鋼線材の連続表面処理方法を提供することである。

本発明者は上記の目的を達成するため、鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成する過程に影響する各種因子について鋭意検討を重ねたところ、鋼線材の表面に付着したスケールをデスケーリングするときに、鋼線材表面に圧縮残留応力を付与する表面層を形成するという着想を得た。かかる着想に基づいてさらに検討を重ねることにより、リン酸塩被膜を形成し得る表面層の最大圧縮残留応力の好適数値範囲を見出し、以下に示す本発明を完成した。

すなわち、本発明の鋼線材の連続表面処理方法は、冷間加工される前の鋼線材の表面を連続的に処理するための方法であって、前記鋼線材に連続してリン酸塩被膜を形成する被膜処理工程と、 前記被膜処理工程の前に前記鋼線材の表面に対して研磨粒子を含むスラリーを噴射することにより当該鋼線材の表面に付着したスケールを除去するとともに当該鋼線材の表面から中心までの領域において１００ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下の最大圧縮残留応力を有する表面層を形成するデスケーリング工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、デスケーリング工程において特定の条件で研磨粒子を含むスラリーを噴射することにより、鋼線材表面に特定の数値範囲内の残留応力を有する表面層を形成することができる。かかる表面層によりリン酸塩被膜の形成を促進することができ、鋼線材に対してリン酸塩被膜を短時間かつ低コストで形成することができる。

上記構成において、好ましくは前記デスケーリング工程の後でかつ前記被膜処理工程の前に行われ、前記鋼線材を予熱する予熱工程をさらに含む。

被膜処理工程におけるリン酸塩被膜の形成は、化成反応により行なわれるものであるため、鋼線材の温度が高いほど反応が促進されてリン酸塩被膜が形成されやすくなる傾向がある。このため、被膜処理工程前の予熱工程によって鋼線材を予め加熱することにより、後の被膜処理工程におけるリン酸塩被膜の形成が促進され、短時間でリン酸塩被膜を形成することができる。

上記構成において、好ましくは、予熱工程は、前記リン酸塩被膜を形成する工程で用いる処理液の温度との温度差が３０℃以下となるように前記鋼線材を加熱する。

予熱工程によって加熱される鋼線材と被膜形成工程における処理液との温度差が３０℃以下であることにより、鋼線材が処理液を通過するときに鋼線材と処理液との温度差によって、処理液が加水分解したり変質したりすることを抑制することができ、処理液の品質が低下しにくいという利点がある。

上記構成において、好ましくは、前記表面層は、鋼線材の表面から中心までの領域において２００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下の最大圧縮残留応力を有する。このような最大圧縮残留応力を有する表面層は、鋼線材の表面を活性化しつつ、冷間加工における鋼線材の割れやダイスの焼付きを避けることができる。

上記構成において、好ましくは、前記表面層は、３０μｍ以下の厚みを有する。このような厚みを有する表面層を形成することにより、後の被膜処理工程におけるリン酸塩被膜の形成が促進され、短時間でリン酸塩被膜を形成することができ、かつ後の加工工程における悪影響を防止することができる。

本発明によれば、鋼線材に対してリン酸塩被膜を短時間で簡便かつ低コストで形成することができる鋼線材の連続表面処理方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る連続表面処理方法の工程を示した図である。

以下、本発明の連続表面処理方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。

本実施形態の鋼線材の連続表面処理方法は、図１に示すように、鋼線材（条鋼線材）に対して伸線などの冷間加工を行う製造ライン１（伸線ライン及び圧造ライン）にて行われるものであり、伸線加工の際にダイス５と鋼線材との間の潤滑を確保するため、鋼線材の表面上に潤滑剤の下地であるリン酸塩被膜を形成する被膜処理工程Ｐ５と、当該リン酸塩被膜を被覆するように金属石けんなどを含む潤滑剤を被覆する潤滑処理工程Ｐ６と、を含む。

具体的には、本実施形態の鋼線材の連続表面処理方法は、サプライスタンド２のコイルから鋼線材を巻き出す工程（巻出し工程Ｐ１）と、当該鋼線材を矯正機４によりストランド状に矯正する工程（矯正工程Ｐ２）と、鋼線材の表面に付着するスケールを除去する工程（デスケーリング工程Ｐ３）と、デスケーリング後の鋼線材を加熱する工程（予熱工程Ｐ４）と、加熱した鋼線材を被覆液槽に浸漬させることによって鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成する工程（被膜処理工程Ｐ５）と、被膜形成後の鋼線材に対して金属石けんなどの潤滑剤で処理することにより、鋼線材の表面を潤滑剤で被覆する工程（潤滑処理工程Ｐ６）と、潤滑剤で被覆した鋼線材を冷間加工によって伸線する工程（伸線工程Ｐ８）と、伸線した鋼線材を巻き取り機で巻き取る工程（巻取り工程Ｐ９）と、を含む。

図１に示すように、潤滑工程Ｐ６で用いる潤滑剤が液体の場合、伸線工程Ｐ８の前に、鋼線材の表面を被覆する潤滑剤を乾燥させる工程（乾燥工程Ｐ７）を含んでいてもよい。なお、デスケーリング工程Ｐ３と被膜処理工程Ｐ５との間の予熱工程Ｐ４は、仕様に応じて省略してもよい。

以下に、連続表面処理方法で表面処理される鋼線材、及びこの連続表面処理方法を構成する各工程を説明する。

本実施形態の連続表面処理方法で処理される鋼線材は、鋼やステンレス鋼などを熱間圧延機で長尺の線状に圧延されたものであり、５．０ｍｍ〜５５ｍｍの直径を有する。この鋼線材は、圧延後にコイルとして巻き取られる。圧延後、鋼線材の組織や機械的特性などを調整するために、当該鋼線材にバッチ炉や連続炉にて焼なましなどの熱処理が加えられることもある。

＜巻出し工程Ｐ１＞
巻出し工程Ｐ１では、サプライスタンド２に配置された鋼線材のコイルから鋼線材をライン状に巻き出す。このサプライスタンド２は、熱間圧延後の鋼線材のコイルを、その軸心が上下方向または水平方向を向くように支持する設備である。鋼線材の巻出しは、鋼線材をコイルの上方または製造ラインの下流側に向かって引き抜くように巻き解くか、コイル自体を水平面内に回転させながら鋼線材を巻き出すことによって行われる。

＜矯正工程Ｐ２＞
矯正工程Ｐ２では、矯正機３を用いて鋼線材の巻き癖を矯正する。この矯正機３は、複数の矯正ロール４を含み、これらの矯正ロール４が、サプライスタンド２から巻き出された鋼線材の巻き癖を解消させる矯正を行う。具体的には、熱間圧延後にコイル状に巻き取られた鋼線材が複数の矯正ロール４を順番に通過することにより、鋼線材の巻き癖を解消し、直線状に矯正することができる。

＜デスケーリング工程Ｐ３＞
デスケーリング工程Ｐ３では、鋼線材の表面に対して研磨粒子を含むスラリーを噴射することにより当該表面に付着したスケールを除去するとともに、鋼線材の表面から中心までの領域において１００ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下の最大圧縮残留応力を有する表面層を形成する。以下、デスケーリング工程Ｐ３で行われるスラリーの噴射のことを「ウェットブラスト」と記すこともある。

ウェットブラストは、水と硬質粒子とを混合した混合物であるスラリーを高圧のエアで対象物に向けて複数のノズルから噴射することにより、当該スラリーを鋼線材の表面に衝突させて当該鋼線材の表面のスケールを削りとる操作である。この操作により、鋼線材表面に加工歪が加えられることで鋼線材の表面に表面層が形成され機械的に活性化される。この表面層により後の被膜処理工程Ｐ５における化成反応が促進され、リン酸塩被膜を短時間で形成できるようになる。

デスケーリング工程Ｐ３で形成される表面層が１００ＭＰａ以上の最大圧縮残留応力を有することにより、鋼線材の表面が活性化されて表面層上にリン酸塩被膜を形成しやすくなる。また表面層が５００ＭＰａ以下の最大圧縮残留応力を有することにより、鋼線材表面の活性化の飽和を避けることができ、後工程の冷間加工において鋼線材の割れやダイスの焼付きなどの加工不良が発生することを抑制することができる。鋼線材の表面を活性化しつつ、冷間加工における鋼線材の割れやダイスの焼付きを避けるという観点から、表面層の最大圧縮残留応力は２００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは２５０ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下である。なお、表面層の最大圧縮残留応力は、微小部Ｘ線応力測定装置（製品名：ＡｕｔｏＭＡＴＥ（株式会社リガク社製））を用いて鋼線材の表面から中心まで（例えばφ１１．０ｍｍの線径の鋼線材の場合、鋼線材の表面から深さ５．５ｍｍまで）の圧縮残留応力を連続的に測定した時の圧縮残留応力の最大値を採用するものとする。

デスケーリング工程Ｐ３は、上記スケールを除去しつつ上記最大圧縮残留応力を有する表面層を形成するために、ウェットブラストのエアー圧、ノズルと鋼線材の距離、投射時間等を適切に調整することが好ましい。

ウェットブラストのエアー圧が高いほどスケールを除去しやすく、かつ表面層の圧縮残留応力を高めることができる。このような観点からウェットブラストのエアー圧は０．２ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下が好ましい。０．２ＭＰａ以上であることによりスケールを十分に除去することができ、かつエア流路にスラリーが逆流するのを防ぐことができる。また０．６ＭＰａ以下であることにより表面層の最大圧縮残留応力を５００ＭＰａ以下に抑え、かつ設備の寿命を維持することができる。エアー圧は、０．３ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ以下がより好ましい。

上記ウェットブラストは、噴射した研磨材が対象物へ与える衝撃を小さく抑えることができるものであり、噴射圧１００ＭＰａ程度のウォータージェットと比較して対象物へのダメージを与えにくい。例えばウォータージェットでは、鋼線材の表面に生成される加工変質層は厚くなる傾向があり、鋼線材の割れやダイスの焼付きなどの加工不良を冷間加工時に招く可能性がある。これに対し、水と硬質粒子とのスラリーを用いるウェットブラストをデスケーリング工程Ｐ３に適用することにより、ウォータージェットと比較して鋼線材の表面に生成する加工変質層（「表面層」とも記す）を薄くすることができ、研磨材の衝突により硬化する鋼線材表面の加工硬化量や加工硬化深さなどを小さくすることができる。そのため、後述するリン酸塩被膜の処理の後の冷間加工において、鋼線材の割れやダイスの焼付きなどの加工不良を起こす可能性を著しく低減させる。

上述したウェットブラストに用いられるスラリーに含まれる砥粒は、グリット状の研磨粒子であることが好ましい。このグリット状の研磨粒子とは、ＪＩＳ Ｚ ０３１１にブラスト処理用金属系研磨材として規定されるグリットを意味し、使用前の状態で稜角を有する角ばった形状であって、その表面のうちの丸い部分がその粒子の全表面に占める割合が１／２未満の粒子を指す。従って、このグリット状の研磨粒子は、ＪＩＳ Ｚ ０３１１で規定されたショット処理用金属系研磨材、すなわち「使用前の状態で稜角、破砕面又は他の鋭い表面欠陥がなく、長径が短径の２倍以内の球形状の粒子」とは、形状が大きく異なるものである。

このようなグリット状の研磨粒子を用いることにより、鋼線材の表面に表面層を形成することができる。つまり、グリット状の研磨粒子の角部による微細な表面切削により鋼線材の表面に表面層が形成されるため、後に続くリン酸塩被膜処理において化成反応が促進され、リン酸塩被膜を短時間で形成することができる。

なお、グリット状の研磨粒子に用いる金属の種類は問わないが、デスケーリング工程Ｐ３の加工効率の観点からは、処理される鋼線材の硬度よりも硬度の高い粒子を用いることが好ましい。具体的には、グリット状の研磨粒子には、鋼線材表面への刺込み残留を防止する観点などから、靭性に優れる鋼またはステンレス鋼が好ましく用いられる。

上述した連続表面処理方法に用いられるウェットブラストは、鋼線材の表面に生成する表面層の厚みや鋼線材表面の加工硬化量、加工硬化深さなどを、ウォータージェットよりも小さくすることができる。そのため、鋼線材の表面に対する加工変質を抑制することができる。

上記表面層は、鋼線材の表面から深さ方向に３０μｍ以下の厚みを有することが好ましい。表面層の厚みが３０μｍ以下であることにより、冷間加工における鋼線材の割れやダイスの焼付きを避けることができる。表面層の厚みは、X線解析によって算出された値を採用するものとする。上記表面層の厚みは、０．１μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。

また、上述した連続表面処理方法では、ウェットブラストにグリット状の研磨粒子が用いられているため、グリット状の研磨粒子の角部による微細な表面切削により鋼線材の表面に表面層が得られるため、後に続く被膜処理工程Ｐ５において化成反応が促進され、短時間でリン酸塩被膜を形成することができる。

＜予熱工程Ｐ４＞
予熱工程Ｐ４では、被膜処理工程Ｐ５の前に鋼線材を予熱する。予熱工程Ｐ４を行うことで、被膜処理工程Ｐ５の時間短縮が可能となる。この理由は、被膜処理工程Ｐ５は、化成反応によりリン酸被膜を形成するものであるため、鋼線材の処理温度が高いほど反応速度を早めることができるからである。予熱工程Ｐ４は、鋼線材に対して、温水若しくは蒸気を吹き付けるか、又は高周波誘導加熱などによって鋼線材を加熱することにより行う。

予熱工程Ｐ４は、被膜処理工程Ｐ５で用いる処理液の温度と同程度の温度まで鋼線材を加熱することが好ましく、具体的には６０℃以上８０℃以下に鋼線材を加熱することがより好ましい。予熱工程Ｐ４後の鋼線材の温度が６０℃以上であることにより、リン酸塩被膜の形成効率を高めることができる。予熱工程Ｐ４後の鋼線材の温度が８０℃以下であることにより、リン酸塩被膜を形成する処理液の温度上昇を抑制することができ、処理液が加水分解したり変質したりすることを防止し得る。

予熱工程Ｐ４後の鋼線材の温度は、被膜処理工程Ｐ５でリン酸塩被膜の形成に用いる処理液の温度との温度差が３０℃以下であることが好ましく、この温度差は２０℃以下がより好ましく、さらに好ましくは１０℃以下である。このように予熱工程Ｐ４後の鋼線材と被膜処理工程Ｐ５における処理液との温度差が少ないことにより、鋼線材が処理液を通過するときに鋼線材と処理液との温度差によって、処理液が加水分解したり変質したりすることを抑制することができ、処理液の品質が低下しにくいという利点がある。

予熱工程Ｐ４における加熱時間は６０秒以下であることが好ましい。予熱工程Ｐ４における加熱時間が６０秒以下であることにより、被膜処理工程Ｐ５におけるリン酸塩被膜の形成を阻害する酸化被膜が鋼線材の表面に形成されにくくなる。この酸化被膜は、デスケーリング工程Ｐ３後の鋼線材の表面が湿っているときに予熱工程Ｐ４を長時間行うと発生しやすい。

＜被膜処理工程Ｐ５＞
被膜処理工程Ｐ５では、デスケーリング工程Ｐ３でスケールを除去した鋼線材を処理液に浸漬させることにより、当該鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成する。リン酸塩被膜は、上述の伸線等の冷間加工において潤滑剤をダイス内に引込むキャリアの役目を担い、潤滑剤として用いられる石灰石けんや金属石けんなどの下地層として形成される。

被膜処理工程Ｐ５における処理液は、７０℃以上９０℃以下に加熱した状態で鋼線材を浸漬させることが好ましい。７０℃以上であることによりリン酸塩被膜の形成を早めることができる。また９０℃以下であることにより、処理液が加水分解したり変質したりすることを防止し得る。被膜処理工程Ｐ５で用いる処理液の温度は、前述の予熱工程Ｐ４と同程度の温度に加熱することが好ましい。

処理液の全酸度は、６０ｐｔ以上２００ｐｔ以下が好ましい。全酸度を６０ｐｔ以上とすることにより、エッチング反応とともに化成反応が促進され、これにより被膜処理工程Ｐ５の時間を短縮することができる。処理液の全酸度は、９０ｐｔ以上１８０ｐｔ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１２０ｐｔ以上１７０ｐｔ以下である。なお、全酸度に用いる「ｐｔ」は、リン酸塩被膜処理液の濃度単位で、リン酸塩被膜処理液１０ｍｌを中和するために必要な０．１ｍｏｌ／Ｌ濃度の水酸化ナトリウム液の滴定値（ｍＬ数）を意味する。

＜潤滑処理工程Ｐ６＞
潤滑処理工程Ｐ６では、リン酸塩被膜で被覆した鋼線材の表面に対し、石灰石けん等を含む潤滑剤を被覆する。これにより鋼線材を潤滑させやすく冷間加工することができ、鋼線材をスムーズに加工することができる。リン酸被膜自体は潤滑性が乏しいため、潤滑処理工程Ｐ６を行わずに伸線加工等を行うとダイスの寿命が短くなるおそれがある。

＜乾燥工程Ｐ７＞
上記潤滑剤が液体の場合、次の乾燥工程Ｐ７において当該潤滑剤を乾燥することが好ましい。乾燥工程Ｐ７における乾燥はドライヤーにより熱風を吹き付ける等の方法を挙げることができる。乾燥温度は６０℃以上２００℃以下に設定し、乾燥時間は１秒以上６０秒以下が好ましい。

＜伸線工程Ｐ８＞
上記のように潤滑剤により被覆された鋼線材に対し、伸線工程Ｐ８に代表される冷間加工を加工機（伸線工程Ｐ８では伸線機）によって行う。

次に、実施例及び比較例を参照することにより、本発明の連続表面処理方法の作用効果を詳述する。

実施例及び比較例のいずれも、鋼種がＳＵＪ２で、φ１１．０ｍｍの線径の鋼線材に対し、球状化焼鈍材（スケール付着）、連続表面処理、伸線、及び圧造をこの順に行った。なお、連続表面処理は、デスケーリング工程Ｐ３、予熱工程Ｐ４、被膜処理工程Ｐ５、潤滑工程Ｐ６、及び乾燥工程Ｐ７をこの順に行った。

実験条件の詳細は以下の通りである。
（１）デスケーリングにより除去されるべきスケール
化学組成：Ｆｅ_３Ｏ_４（６０％）、Ｆｅ_２Ｏ_３（４０％）
厚み：２μｍ
（デスケーリング工程Ｐ３）
（Ｐ３−１）ウェットブラスト（表１中「ＷＢ」と記している）
使用する装置：マコー（株）製汎用ウェットブラスト装置
研磨材：鋼製グリット
砥粒濃度：１１〜１３体積％
エア圧力：０．１〜０．６ＭＰａ
線材とノズルの距離：２００ｍｍ
（Ｐ３−２）ショットブラスト（表１中「ＳＢ」と記している）
使用する装置：コンペア式ショット機（ＳＺＡ１）
投射材：ＳＢ２
投射速度：８０ｍ／ｓｅｃ
（Ｐ３−３）酸洗浄（表１中で「酸洗」と記している）
硫酸（２０質量％、処理温度６５℃、浸漬時間９分）
塩酸（２０質量％、常温、浸漬時間１０分）
（予熱工程Ｐ４）
使用する熱媒体：温水（６０℃又は８０℃）
処理時間：６０ｓ
（被膜処理工程Ｐ５）
処理液：製品名ＰＢ−３６８２Ｘ（日本パーカライジング社製）
全酸度：１５０ｐｔ
処理液の温度：８０℃
処理時間：１０ｓ
（潤滑処理Ｐ６）
使用される潤滑剤：石灰石けん（ＭＡＣ−Ａ２０（井上石灰工業））
潤滑剤の温度：８０℃
処理時間１０ｓ
（乾燥工程Ｐ７）
乾燥温度：２００℃
乾燥時間：４秒

表１中「残留応力」は、デスケーリング工程を終えた後の鋼線材の表面に形成された表面層の圧縮残留応力の値であり、微小部Ｘ線応力測定装置（製品名：ＡｕｔｏＭＡＴＥ（株式会社リガク社製））を用いて鋼線材の表面から深さ５．５ｍｍ（鋼線材の表面から中心）までの圧縮残留応力を連続的に測定した時の圧縮残留応力の最大値を示している。

＜冷間加工評価＞
上記各実施例及び各比較例において作製された鋼線材に対して、冷間加工を行うことにより加工性を評価した。具体的には、伸線加工は、約１０００ｋｇの鋼線材に対して伸線の減面率１２％（φ１１ｍｍ→φ１０．３ｍｍ）で加工した。圧造加工は、約５００ｋｇの重量の鋼線材に対して減面率５０％で前方押し出し加工した。伸線加工及び圧造加工において、加工時にすぐに焼付きが発生したものを「×」、５００ｋｇ未満の鋼線材を加工した時に焼付きが発生したものを「△」、５００ｋｇ以上の鋼線材を加工しても焼付きが発生しなかったものを「○」とそれぞれ評価した。各実施例及び各比較例の鋼線材の評価結果を表２に示す。なお、表２中の実施例２の「圧造」の評価結果の「−」は、伸線加工において焼付きが発生したため圧造加工を評価できなかったことを意味している。

表２に示す実施例１〜６及び比較例３の評価結果の対比から、ウェットブラストを用いて鋼線材をデスケーリングし、鋼線材の表面から深さ５．５ｍｍまでの領域において１００ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下の最大圧縮残留応力を有する表面層を形成することにより、リン酸塩被膜の付着量を高めることができ、かつ冷間加工（伸線加工及び圧造加工）で焼付きが生じずに加工できることが明らかとなり、本発明の効果が示された。

また、表１に示す結果から、実施例１〜６のようにウェットブラストのエア圧を高めるにつれて、表面層の圧縮残留応力が増加し、これに伴ってリン酸塩被膜の付着量も増加することが明らかとなった。

実施例１〜４と実施例５及び６とは予熱工程を含むか否かという点で異なるが、実施例５及び６のように予熱工程を含むことにより、連続加工における鋼線材の線速を倍速にしても（２０ｍ／ｍｉｎから４０ｍ／ｍｉｎにしても）、リン酸塩被膜の付着力が大きく低下していない。このことから予熱工程はリン酸塩被膜の形成を促進し得ることが明らかとなった。

実施例３と比較例１を対比すると、デスケーリング工程にショットブラストを用いてもウェットブラストと同等に鋼線材の表面に圧縮残留応力を付与することはできることは明らかであるが、ショットブラストの方がリン酸塩被膜の付着量が少なく、また冷間加工で焼き付きが生じやすかった。この理由は、ショットブラストは、ウェットブラストに比してスケールの除去が十分でないことにより、スケールの一部が鋼線材の表面に残り、このスケールがリン酸塩被膜を正常に形成することを阻害したか又は焼き付きの起点になったことによるものと考えられる。

比較例２の鋼線材は、酸洗浄によりデスケーリングしたものであるため、ウェットブラストによりデスケーリングした場合よりも冷間加工において焼付きが生じやすかった。この理由は、酸洗浄によるデスケーリングは、鋼線材の表面に付着したスケールを除去することはできるが、その表面に圧縮残留応力を有する表面層を形成することができないことにより、リン酸塩被膜を形成しにくかったことによるものと考えられる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 製造ライン、２ サプライスタンド、３ 矯正機、４ 矯正ロール、５ ダイス。

Claims (5)

1. 冷間加工される前の鋼線材の表面を連続的に処理するための方法であって、
   前記鋼線材に連続してリン酸塩被膜を形成する被膜処理工程と、
   前記被膜処理工程の前に前記鋼線材の表面に対して、ウエットブラストによって研磨粒子を含むスラリーをエアー圧０．１６ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下で噴射することにより、当該鋼線材の表面に付着したスケールを除去するとともに当該鋼線材の表面から中心までの領域において１００ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下の最大圧縮残留応力を有する表面層を形成するデスケーリング工程と、を含む、鋼線材の連続表面処理方法。
2. 請求項１に記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
   前記デスケーリング工程の後でかつ前記被膜処理工程の前に行われ、前記鋼線材を予熱する予熱工程をさらに含む、鋼線材の連続表面処理方法。
3. 請求項２に記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
   前記予熱工程は、前記リン酸塩被膜を形成する工程で用いる処理液の温度との温度差が３０℃以下となるように前記鋼線材を加熱する、鋼線材の連続表面処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
   前記表面層は、前記鋼線材の表面から中心までの領域において２００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下の最大圧縮残留応力を有する、鋼線材の連続表面処理方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
   前記表面層は、３０μｍ以下の厚みを有する、鋼線材の連続表面処理方法。