JP6454585B2 - Continuous surface treatment method for steel wire - Google Patents

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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。   The present invention relates to a continuous surface treatment method for a steel wire, and more particularly to a method for continuously forming a phosphate coating on the surface of a steel wire.

従来から、鋼線材の寸法精度や機械特性の向上を目的として、鋼線材に対して伸線ダイスを用いた引抜き加工が施される。この引抜き加工を円滑に行うために、引抜き加工の前に、鋼線材の表面に付着した酸化スケールを除去する工程(デスケーリング工程)、鋼線材の表面にリン酸塩亜鉛被膜を形成する工程(被膜処理工程)、及び当該リン酸塩亜鉛被膜上にさらに潤滑被膜を形成する工程(潤滑処理工程)を行っている。これらの工程を行うことで、鋼線材の表面に潤滑性が付与され、引抜き加工を円滑に行うことができる。   Conventionally, for the purpose of improving the dimensional accuracy and mechanical characteristics of a steel wire, a drawing process using a wire drawing die is performed on the steel wire. In order to perform this drawing process smoothly, before the drawing process, a process of removing oxide scale attached to the surface of the steel wire (descaling process), a process of forming a zinc phosphate coating on the surface of the steel wire ( A coating treatment step) and a step of forming a lubricating coating on the zinc phosphate coating (lubricating treatment step). By performing these steps, lubricity is imparted to the surface of the steel wire rod, and the drawing process can be performed smoothly.

上記デスケーリング工程には、大別して化学的除去方法と機械的除去方法があるが、化学的除去方法は、硫酸及び塩酸を使用するため、大量の廃酸処理が必要となり環境上好ましくないという理由で敬遠されており、機械的除去方法が用いられている。機械的除去方法としては、ショットブラスト法、エアブラスト、高圧ウォータージェット法等が挙げられる。   The descaling step is roughly divided into a chemical removal method and a mechanical removal method. However, the chemical removal method uses sulfuric acid and hydrochloric acid, and therefore requires a large amount of waste acid treatment, which is not environmentally preferable. The mechanical removal method is used. Examples of the mechanical removal method include a shot blast method, an air blast method, and a high pressure water jet method.

上記被膜処理工程では、鋼線材の表面にホパイト[Zn3(PO42・4H2O]とホスホフィライト[Zn2Fe(PO42・4H2O]の混合組織からなるリン酸塩亜鉛被膜を形成している。 In the coating treatment step, phosphoric acid composed of a mixed structure of hoplite [Zn 3 (PO 4 ) 2 .4H 2 O] and phosphophyllite [Zn 2 Fe (PO 4 ) 2 .4H 2 O] on the surface of the steel wire. A zinc salt coating is formed.

潤滑処理工程では、上記リン酸塩亜鉛被膜に対して反応型石鹸潤滑処理を行うことにより、石鹸成分のステアリン酸ナトリウムとリン酸亜鉛被膜中のホパイトとを反応させて、ステアリン酸亜鉛(金属石鹸)とステアリン酸ナトリウム(湯溶石鹸)とからなる潤滑被膜を形成している。   In the lubrication treatment step, a reactive soap lubrication treatment is performed on the zinc phosphate coating to react the sodium stearate soap component with the phosphate in the zinc phosphate coating to produce zinc stearate (metal soap). ) And sodium stearate (hot water soap).

上記で形成したリン酸塩亜鉛被膜及び潤滑被膜は、潤滑性、耐錆性、及び耐焼き付きに優れているが、さらなる加工時の摩擦低減、型寿命の延長、加工精度向上、被膜詰まりの低減、耐熱性の向上等を目的として、特許文献1及び2には、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸被膜を形成する技術が開示されている。当該リン酸被膜は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が0.5以上1.5以下であるリン酸塩処理液に鋼線材を浸漬することにより形成される。このようにして形成されたリン酸亜鉛カルシウムは、リン酸亜鉛よりも結晶構造が緻密でかつ耐熱性に優れている。   The zinc phosphate coating and lubricating coating formed above are excellent in lubricity, rust resistance, and seizure resistance, but further reduce friction during processing, extend mold life, improve processing accuracy, and reduce coating clogging. For the purpose of improving heat resistance and the like, Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for forming a phosphate coating containing zinc calcium phosphate. The said phosphoric acid film is formed by immersing a steel wire in the phosphate processing liquid whose weight ratio of the calcium ion with respect to zinc ion is 0.5 or more and 1.5 or less. The zinc calcium phosphate thus formed has a finer crystal structure and better heat resistance than zinc phosphate.

特開平10−46351号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-46351 特開平10−330953号公報JP-A-10-330953

リン酸被膜を短時間で形成するためにはリン酸塩処理液の全酸度を高めることが有効であるが、上記リン酸亜鉛カルシウムを形成するためのリン酸塩処理液の全酸度を高めると、リン酸亜鉛が優先的に形成され、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸被膜を形成しにくかった。   In order to form a phosphate coating in a short time, it is effective to increase the total acidity of the phosphating solution, but when the total acidity of the phosphating solution for forming the zinc calcium phosphate is increased, Zinc phosphate was preferentially formed, and it was difficult to form a phosphate coating containing zinc calcium phosphate.

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、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を短時間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。   This invention is made | formed in view of said present condition, The place made into the objective is the continuous surface treatment method of the steel wire which can form the phosphate coating containing a zinc calcium phosphate in a short time. Is to provide.

本発明者は上記の目的を達成するため、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成するための各種因子について鋭意検討を重ねたところ、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの濃度比及びリン酸塩被膜を形成する処理液の全酸度がリン酸塩被膜の結晶構造及び形成速度に寄与することを確認した。これに基づいてさらに検討を重ねることによりリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成し得る処理液の条件を見出し、以下に示す本発明を完成した。   In order to achieve the above object, the present inventor has made extensive studies on various factors for forming a phosphate coating containing zinc calcium phosphate. The concentration ratio of calcium ions to zinc ions and the phosphate coating It was confirmed that the total acidity of the treatment solution for forming the glass contributes to the crystal structure and formation rate of the phosphate coating. Based on this, further investigations were made to find the conditions of the treatment liquid capable of forming a phosphate coating containing zinc calcium phosphate, and the present invention described below was completed.

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デスケーリング工程と、前記デスケーリング工程を終えた前記鋼線材をリン酸塩含有溶液に浸漬することにより前記鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成する被膜処理工程と、を含み、前記リン酸塩含有溶液は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が2以上9以下であり、かつ全酸度が60pt以上250pt以下であることを特徴とする。   That is, the steel wire rod continuous surface treatment method of the present invention is a method for continuously treating the surface of a steel wire rod before being cold worked, and includes abrasive particles with respect to the surface of the steel wire rod. Descaling step for removing scale adhered to the surface of the steel wire by spraying the slurry, and surface of the steel wire by immersing the steel wire after the descaling step in a phosphate-containing solution The phosphate treatment solution has a weight ratio of calcium ions to zinc ions of 2 to 9, and a total acidity of 60 pt to 250 pt. It is characterized by that.

本発明によれば、上記全酸度の数値範囲を満たすリン酸塩含有溶液を用いることにより、リン酸塩被膜を効率的に形成することができる。しかも上記亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比を満たすことにより、リン酸亜鉛カルシウムの含有率が高いリン酸塩被膜を短時間で形成することができる。リン酸亜鉛カルシウムは、結晶構造が緻密でかつ耐熱性に優れるため、当該リン酸亜鉛カルシウムの含有率が高いリン酸塩被膜を鋼線材の表面に形成することにより、加工精度向上、被膜詰まりの低減及び耐焼付き性の向上を図ることができる。   According to the present invention, a phosphate coating can be efficiently formed by using a phosphate-containing solution that satisfies the numerical range of the total acidity. In addition, by satisfying the weight ratio of calcium ions to zinc ions, a phosphate coating having a high zinc calcium phosphate content can be formed in a short time. Since zinc calcium phosphate has a dense crystal structure and excellent heat resistance, forming a phosphate coating with a high content of zinc calcium phosphate on the surface of the steel wire improves processing accuracy and prevents clogging of the coating. Reduction and seizure resistance can be improved.

上記構成において、好ましくは被膜処理工程におけるリン酸塩含有溶液の温度が60℃以上90℃以下である。   In the above configuration, the temperature of the phosphate-containing solution in the coating treatment step is preferably 60 ° C. or higher and 90 ° C. or lower.

この構成によれば、リン酸亜鉛カルシウムの含有率が高いリン酸塩被膜を形成しやすくなる。   According to this structure, it becomes easy to form a phosphate film having a high content of zinc calcium phosphate.

上記構成において、好ましくは前記リン酸塩含有溶液は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が3以上7以下である。このような重量比であることにより、リン酸塩被膜にリン酸亜鉛カルシウムが含有されやすくなる。   In the above configuration, preferably, the phosphate-containing solution has a weight ratio of calcium ions to zinc ions of 3 to 7. With such a weight ratio, the calcium phosphate is easily contained in the phosphate coating.

上記構成において、好ましくは前記リン酸塩含有溶液の全酸度が120pt以上200pt以下である。このような全酸度であることにより、リン酸塩被膜形成のための化成反応が促進され、リン酸塩被膜の形成時間を短縮することができる。   In the above configuration, the total acidity of the phosphate-containing solution is preferably 120 pt or more and 200 pt or less. By having such a total acidity, the chemical conversion reaction for forming the phosphate coating is promoted, and the formation time of the phosphate coating can be shortened.

この構成によれば、リン酸塩被膜の形成速度をさらに高めることができるとともに、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成しやすくなる。   According to this configuration, the formation rate of the phosphate coating can be further increased, and a phosphate coating containing zinc calcium phosphate can be easily formed.

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。   The said structure WHEREIN: Preferably it is performed after the said descaling process and before the said film treatment process, and further includes the preheating process which preheats the said steel wire.

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。   Since the formation of the phosphate coating in the coating treatment process is performed by a chemical conversion reaction, the higher the temperature of the steel wire, the more the reaction is promoted and the phosphate coating tends to be easily formed. For this reason, by preheating the steel wire in the preheating step before the coating treatment step, the formation of the phosphate coating in the subsequent coating treatment step is promoted, and the phosphate coating can be formed in a short time.

上記構成において、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リン酸塩含有溶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ことが好ましい。   The said structure WHEREIN: It is preferable that the said preheating process heats the said steel wire so that the temperature difference with the temperature of the phosphate containing solution used at the process of forming the said phosphate film may be 30 degrees C or less.

上記構成によれば、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。   According to the said structure, when a steel wire passes a process liquid, it can suppress that a process liquid hydrolyzes or changes in quality by the temperature difference of a steel wire and a process liquid, The quality of a process liquid There is an advantage that it is difficult to lower.

本発明によれば、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を短時間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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the continuous surface treatment method of the steel wire which can form the phosphate film containing a zinc calcium phosphate in a short time can be provided.

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。It is the figure which showed the process of the continuous surface treatment method which concerns on embodiment of this invention. 実施例3のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。It is an observation image by the scanning electron microscope of the phosphate film of Example 3. 比較例1のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。It is an observation image by the scanning electron microscope of the phosphate film of the comparative example 1. 比較例2のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。It is an observation image by the scanning electron microscope of the phosphate film of the comparative example 2. 比較例3のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。It is an observation image by the scanning electron microscope of the phosphate film of the comparative example 3.

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。   Hereinafter, embodiments of the continuous surface treatment method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

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。   As shown in FIG. 1, the continuous surface treatment method for steel wire according to the present embodiment is applied to a production line 1 (drawing line and forging line) for performing cold working such as wire drawing on a steel wire (steel wire). In order to ensure lubrication between the die 5 and the steel wire during the wire drawing process, a coating treatment process for forming a phosphate coating as a base of the lubricant on the surface of the steel wire And a lubricating treatment step P6 for coating a lubricant containing metal soap or the like so as to cover the phosphate coating.

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す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前記被膜処理工程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被覆する前記潤滑処理工程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。   Specifically, the steel wire rod continuous surface treatment method of the present embodiment includes a step of unwinding the steel wire rod from the coil of the supply stand 2 (unwinding step P1), and straightening the steel wire rod into a strand by the straightening machine 4. A process (correcting process P2), a process of removing scales adhering to the surface of the steel wire (descaling process P3), a process of heating the steel wire after descaling (preheating process P4), and the heated steel wire The coating process P5 for forming a phosphate coating on the surface of the steel wire by immersing the coating in a coating bath, and the lubrication process for coating the steel wire after coating with a lubricant such as metal soap P6, including a step of drawing a steel wire coated with a lubricant by cold working (drawing step P8), and a step of winding the drawn steel wire with a winder (winding step P9). .

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。   As shown in FIG. 1, when the lubricant used in the lubrication step P6 is liquid, a step of drying the lubricant covering the surface of the steel wire (drying step P7) may be included before the wire drawing step P8. Good. In addition, you may abbreviate | omit the preheating process P4 between the descaling process P3 and the film processing process P5 according to a specification.

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。   Below, the steel wire material surface-treated by the continuous surface treatment method and each process which comprises this continuous surface treatment method are demonstrated.

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。   The steel wire processed by the continuous surface treatment method of the present embodiment is obtained by rolling steel, stainless steel, or the like into a long linear shape with a hot rolling mill, and has a diameter of 5.0 mm to 55 mm. This steel wire is wound as a coil after rolling. After rolling, in order to adjust the structure and mechanical characteristics of the steel wire, the steel wire may be subjected to heat treatment such as annealing in a batch furnace or a continuous furnace.

<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。
<Unwinding process P1>
In the unwinding process P1, the steel wire is unwound in a line form from the coil of the steel wire disposed on the supply stand 2. The supply stand 2 is a facility that supports a coil of a steel wire rod after hot rolling so that its axis is directed in the vertical direction or the horizontal direction. The unwinding of the steel wire is performed by unwinding the steel wire so as to be pulled out toward the upper side of the coil or the downstream side of the production line, or unwinding the steel wire while rotating the coil itself in a horizontal plane.

<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、鋼線材を直線状に矯正することができる。
<Correction process P2>
In the straightening process P2, the curl of the steel wire rod is straightened using the straightening machine 3. The straightening machine 3 includes a plurality of straightening rolls 4, and these straightening rolls 4 perform straightening to eliminate curling of the steel wire rod unwound from the supply stand 2. Specifically, the steel wire wound in a coil shape after hot rolling passes through a plurality of straightening rolls 4 in order to eliminate the curl of the steel wire and straighten the steel wire. Can do.

<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、鋼線材の表面に加工歪を加えることで鋼線材の表面を活性化する。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。
<Descaling process P3>
In the descaling process P3, the scale adhering to the surface is removed by spraying a slurry containing abrasive particles onto the surface of the steel wire, and the surface of the steel wire is made by adding processing strain to the surface of the steel wire. Activate. Hereinafter, the slurry injection performed in the descaling process P3 may be referred to as “wet blasting”.

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酸化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を加えることで鋼線材の表面を活性化する。これにより被膜処理工程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。ウェットブラストは、硬質粒子のサイズなどを適宜設定することにより酸化スケールを効率よく除去できるし、また水によって粒子の飛散を抑えることができるため粉じんが発生しにくいという利点がある。   In wet blasting, a slurry, which is a mixture of water and hard particles, is jetted from a plurality of nozzles toward a target with high-pressure air, so that the slurry is made to collide with the surface of the steel wire. This is an operation to remove the oxide scale on the surface. By this operation, the surface of the steel wire is activated by applying processing strain to the surface of the steel wire. Thereby, the chemical conversion reaction in the coating treatment step P5 is promoted, and the phosphate coating can be formed in a short time. Wet blasting has an advantage that dust can be hardly generated because the oxide scale can be efficiently removed by appropriately setting the size of hard particles and the like, and the scattering of particles can be suppressed by water.

デスケーリング工程P3は、上記スケールを除去しつつ鋼線材の表面を活性化するために、ウェットブラストのエアー圧、ノズルと鋼線材の距離、砥粒の形状及び材質、複数のノズルの間隔、砥粒濃度等を適切に調整することが好ましい。   In the descaling process P3, in order to activate the surface of the steel wire while removing the scale, the air pressure of the wet blast, the distance between the nozzle and the steel wire, the shape and material of the abrasive grains, the interval between the plurality of nozzles, the abrasive It is preferable to adjust the grain concentration and the like appropriately.

ウェットブラストのエアー圧が高いほど鋼線材の表面に付着したスケールを除去しやすく、かつ鋼線材の表面を活性化させることができる。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。   The higher the air pressure of wet blasting, the easier it is to remove the scale attached to the surface of the steel wire, and the surface of the steel wire can be activated. From such a viewpoint, the air pressure of wet blasting is preferably 0.2 MPa or more and 0.6 MPa or less. By being 0.2 MPa or more, the scale can be sufficiently removed, and the slurry can be prevented from flowing back into the air flow path.

ウェットブラスト時のノズルと鋼線材の距離は、20mm以上200mm以下が好ましい。鋼線材とノズルの間隔を20mm以上とすることにより、鋼線材の表面全体に対してスラリーを噴射することができる。しかもウェットブラストは、ノズル先端近傍でエアによる砥粒の加速が不十分であるため、20mm以上の間隔を確保することで研削力を十分に確保することができる。鋼線材とノズルとの距離が200mm以下であることにより、ウェットブラストの減衰による研削力の低下を避けることができる。   The distance between the nozzle and the steel wire during wet blasting is preferably 20 mm or more and 200 mm or less. By setting the distance between the steel wire rod and the nozzle to 20 mm or more, the slurry can be sprayed on the entire surface of the steel wire rod. Moreover, since wet blasting is insufficient in acceleration of abrasive grains by air in the vicinity of the nozzle tip, a sufficient grinding force can be secured by securing an interval of 20 mm or more. When the distance between the steel wire rod and the nozzle is 200 mm or less, it is possible to avoid a reduction in grinding force due to attenuation of wet blasting.

ウェットブラストの砥粒濃度は、5体積%以上25体積%以下であることが好ましい。砥粒濃度が5体積%以上であることにより加工力が極端に低下せず、25体積%以下であることにより砥粒同士の干渉を避けることができ、加工効率の低下を避けることができる。   The abrasive concentration of wet blasting is preferably 5% by volume or more and 25% by volume or less. When the abrasive concentration is 5% by volume or more, the processing force does not extremely decrease, and when the abrasive concentration is 25% by volume or less, interference between the abrasive particles can be avoided, and a decrease in processing efficiency can be avoided.

前記複数のノズルは、周方向に並ぶ複数の位置、好ましくは3以上の位置、にそれぞれ配備される。好ましくは、当該複数のノズルは、鋼線材の軸心回りの周方向にほぼ均等な角度間隔をあけて配備され、当該複数のノズルによる複数の噴射領域によって鋼線材の表面を全周に亘ってカバーできるように配置される。各ノズルの位置は、各ノズルの噴射領域が相互に干渉しないように鋼線材の搬送方向に分散されることが好ましい。具体的には、当該複数のノズルは、金属線材の軸心に沿う搬送方向に沿って千鳥状(鋼線材の軸心に沿ってみたときに周方向に沿って左右交互にノズルが振り分けられるように)又は螺旋状に配置されるのが好ましい。   The plurality of nozzles are respectively disposed at a plurality of positions arranged in the circumferential direction, preferably at three or more positions. Preferably, the plurality of nozzles are arranged at substantially equal angular intervals in a circumferential direction around the axis of the steel wire, and the surface of the steel wire is entirely covered by a plurality of injection regions by the plurality of nozzles. It is arranged so that it can be covered. The positions of the nozzles are preferably distributed in the steel wire conveying direction so that the injection regions of the nozzles do not interfere with each other. Specifically, the plurality of nozzles are staggered along the conveying direction along the axis of the metal wire (the nozzles are alternately distributed to the left and right along the circumferential direction when viewed along the axis of the steel wire. Or) are preferably arranged in a spiral.

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。   The above-mentioned wet blasting can suppress the impact exerted by the sprayed abrasive on the object, and is less likely to damage the object compared to a water jet having an injection pressure of about 100 MPa. For example, in the water jet, the work-affected layer generated on the surface of the steel wire tends to be thick, and processing defects such as cracking of the steel wire and seizure of the die may occur during cold working. On the other hand, by applying wet blasting using a slurry of water and hard particles to the descaling process P3, the work-affected layer generated on the surface of the steel wire rod can be made thinner compared to the water jet, and polishing. It is possible to reduce the work hardening amount, work hardening depth, and the like of the surface of the steel wire hardened by the collision of the materials. Therefore, in the cold working after the phosphate coating process described later, the possibility of causing processing defects such as cracking of the steel wire and seizure of the die is significantly reduced.

上述したウェットブラストに用いる砥粒は、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。   The abrasive grains used for the above-described wet blasting are preferably grit-like abrasive particles. This grit-like abrasive particle means a grit prescribed as a metal-based abrasive for blasting in JIS Z 0311, and has an angular shape with a ridge angle before use, and has a round surface. It refers to a particle having a proportion of less than ½ of the entire surface of the particle. Therefore, the grit-like abrasive particles are shot processing metal-based abrasives defined in JIS Z 0311, that is, “there is no ridge angle, crushing surface or other sharp surface defects in the state before use, and the major axis has a minor axis. “Spherical particles within 2 times” are greatly different in shape.

このようなグリット状の研磨粒子を用いることにより、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加工変質層が形成される。この加工変質層は、後に続く被膜処理工程P5における化成反応を促進し、短時間でリン酸塩被膜を形成することができる。   By using such grit-like abrasive particles, a work-affected layer is formed on the surface of the steel wire by fine surface cutting by the corners of the grit-like abrasive particles. This work-affected layer promotes the chemical conversion reaction in the subsequent coating treatment step P5, and can form a phosphate coating in a short time.

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。   In addition, although the kind of metal used for grit-like abrasive | polishing particle | grains is not ask | required, it is preferable to use the particle | grains whose hardness is higher than the hardness of the steel wire processed from the viewpoint of the processing efficiency of the descaling process P3. Specifically, steel or stainless steel having excellent toughness is preferably used for the grit-like abrasive particles from the viewpoint of preventing residual sticking to the steel wire surface.

<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高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。
<Preheating process P4>
In the preheating process P4, the steel wire is preheated before the coating process P5. By performing the preheating process P4, the time of the film processing process P5 can be shortened. The reason for this is that the coating treatment step P5 forms a phosphoric acid coating by a chemical conversion reaction, so that the higher the treatment temperature of the steel wire, the higher the reaction rate. The preheating process P4 is performed by spraying hot water or steam on the steel wire or heating the steel wire by high frequency induction heating or the like.

予熱工程P4は、被膜処理工程P5で用いるリン酸塩含有溶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リン酸塩含有溶液の温度上昇を抑制することができ、リン酸塩含有溶液が加水分解したり変質したりすることを防止し得る。   In the preheating step P4, it is preferable to heat the steel wire to a temperature similar to the temperature of the phosphate-containing solution used in the coating treatment step P5. Specifically, the steel wire is heated to 60 ° C or higher and 80 ° C or lower. Is more preferable. When the temperature of the steel wire after the preheating step P4 is 60 ° C. or higher, the formation efficiency of the phosphate coating can be increased. When the temperature of the steel wire after the preheating step P4 is 80 ° C. or less, the temperature increase of the phosphate-containing solution forming the phosphate coating can be suppressed, and the phosphate-containing solution is hydrolyzed. It can be prevented from being altered.

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リン酸塩含有溶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におけるリン酸塩含有溶液との温度差が小さいことにより、鋼線材がリン酸塩含有溶液を通過するときに鋼線材とリン酸塩含有溶液との温度差によって、リン酸塩含有溶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、リン酸塩含有溶液の品質が低下しにくいという利点がある。   The temperature of the steel wire after the preheating step P4 is preferably 30 ° C. or less with respect to the temperature of the phosphate-containing solution used for forming the phosphate coating in the coating treatment step P5. More preferably, the temperature is 10 ° C. or less. Thus, when the steel wire passes through the phosphate-containing solution due to the small temperature difference between the steel wire after the preheating step P4 and the phosphate-containing solution in the coating treatment step P5, the steel wire and the phosphate-containing material are contained. Due to the temperature difference from the solution, the phosphate-containing solution can be prevented from being hydrolyzed or altered, and there is an advantage that the quality of the phosphate-containing solution is unlikely to deteriorate.

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。   The heating time in the preheating step P4 is preferably 60 seconds or less. When the heating time in the preheating process P4 is 60 seconds or less, an oxide film that inhibits the formation of the phosphate film in the film treatment process P5 is hardly formed on the surface of the steel wire. This oxide film is likely to occur if the preheating step P4 is performed for a long time when the surface of the steel wire after the descaling step P3 is wet.

<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リン酸塩含有溶液に浸漬することにより、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。
<Coating process P5>
In the coating treatment process P5, the steel wire from which the scale has been removed in the descaling process P3 is immersed in a phosphate-containing solution, thereby forming a phosphate coating on the surface of the steel wire. The phosphate coating plays the role of a carrier that draws the lubricant into the die in the cold working such as wire drawing described above, and is formed as an underlayer such as lime soap or metal soap used as the lubricant.

被膜処理工程P5におけるリン酸塩含有溶液は、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成するために、リン酸イオン、亜鉛イオン及びカルシウムイオンを必須成分として含む。当該リン酸塩含有溶液において、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比(以下「2価イオン重量比」とも記す)は2以上9以下であることを特徴とする。2価イオン重量比が2以上であることにより、ホパイト又はホスホフィライト系のような比較的大きい結晶の形成を避けつつ、ショルタイト[CaZn2(PO42・2H2O]結晶を形成することができ、冷間加工の下地として結晶が細かくかつ耐熱性に優れるリン酸塩被膜を形成することができる。このようなショルタイト結晶を含むリン酸塩被膜は型詰まりを低減することができ、かつ耐焼付き性を向上させることができる。2価イオン重量比が9以下であることにより、処理時間を短時間化できるとともにリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成しやすくなり、耐熱性が高められる。2価イオン重量比は3以上7以下が好ましい。なお、2価イオン重量比は、亜鉛イオン及び/又はカルシウムイオンを含む表面調整剤を添加することによって調整することができる。 The phosphate-containing solution in the coating treatment step P5 contains phosphate ions, zinc ions, and calcium ions as essential components in order to form a phosphate coating containing zinc calcium phosphate. In the phosphate-containing solution, the weight ratio of calcium ions to zinc ions (hereinafter also referred to as “divalent ion weight ratio”) is 2 or more and 9 or less. When the divalent ion weight ratio is 2 or more, a scholtite [CaZn 2 (PO 4 ) 2 .2H 2 O] crystal is formed while avoiding the formation of a relatively large crystal such as a whipite or phosphophyllite system. In addition, a phosphate film having fine crystals and excellent heat resistance can be formed as a base for cold working. Such a phosphate coating containing scholtite crystals can reduce mold clogging and improve seizure resistance. When the divalent ion weight ratio is 9 or less, the treatment time can be shortened and a phosphate coating containing zinc calcium phosphate can be easily formed, and the heat resistance is improved. The divalent ion weight ratio is preferably 3 or more and 7 or less. The divalent ion weight ratio can be adjusted by adding a surface conditioner containing zinc ions and / or calcium ions.

リン酸塩含有溶液の全酸度は、60pt以上250pt以下が好ましい。全酸度を60pt以上とすることにより、被膜処理工程P5における化成反応が促進され、リン酸塩被膜の形成時間を短縮することができる。また全酸度が250pt以下であることにより、被膜処理工程P5後の水洗処理において、リン酸塩含有溶液の濃度が高いことによって生じがちな水洗の汚染を抑制することができ、しかも濃度が高いリン酸塩含有溶液の供給費用を抑制することができる。リン酸塩含有溶液の全酸度は、120pt以上200pt以下であることがより好ましく、さらに好ましくは130pt以上170pt以下である。なお、全酸度に用いる「pt」は、リン酸塩含有溶液の濃度単位であり、リン酸塩含有溶液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。   The total acidity of the phosphate-containing solution is preferably 60 pt or more and 250 pt or less. By setting the total acidity to 60 pt or more, the chemical conversion reaction in the coating treatment process P5 is promoted, and the formation time of the phosphate coating can be shortened. In addition, since the total acidity is 250 pt or less, in the water washing treatment after the coating treatment step P5, the contamination of the water washing that tends to occur due to the high concentration of the phosphate-containing solution can be suppressed, and phosphorous having a high concentration can be suppressed. The supply cost of the acid salt-containing solution can be suppressed. The total acidity of the phosphate-containing solution is more preferably 120 pt or more and 200 pt or less, and still more preferably 130 pt or more and 170 pt or less. “Pt” used for the total acidity is a concentration unit of a phosphate-containing solution, and is a titration value of a 0.1 mol / L sodium hydroxide solution necessary for neutralizing 10 ml of the phosphate-containing solution. (Number of mL).

被膜処理工程P5におけるリン酸塩含有溶液は、60℃以上90℃以下に加熱した状態で鋼線材を浸漬することが好ましい。60℃以上であることによりリン酸塩被膜を効率的に形成することができる。また90℃以下であることにより、リン酸塩含有溶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で用いるリン酸塩含有溶液の温度は、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。   The phosphate-containing solution in the coating treatment process P5 is preferably immersed in the steel wire while being heated to 60 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. A phosphate film can be efficiently formed by being 60 degreeC or more. Moreover, it can prevent that a phosphate containing solution hydrolyzes or changes in quality by being 90 degrees C or less. The temperature of the phosphate-containing solution used in the coating process P5 is preferably heated to the same level as that of the preheating process P4.

被膜処理工程P5において、鋼線材の表面に形成されるリン酸塩被膜の重量は、鋼線材の表面の単位面積に換算で2.5g/m2以上7.0g/m2以下であることが好ましい。2.5g/m2以上であることにより鋼線材の地鉄が露出することを抑制することができ、7.0g/m2以下であることにより圧造加工における型詰まりを抑制することができる。リン酸塩被膜の重量は、3g/m2以上6g/m2以下であることがより好ましく、さらに好ましくは3.5g/m2以上5.5g/m2以下である。 In the coating treatment process P5, the weight of the phosphate coating formed on the surface of the steel wire may be 2.5 g / m 2 or more and 7.0 g / m 2 or less in terms of a unit area of the surface of the steel wire. preferable. When it is 2.5 g / m 2 or more, it is possible to suppress the exposure of the steel wire rod, and when it is 7.0 g / m 2 or less, it is possible to suppress mold clogging in the forging process. The weight of the phosphate coating is more preferably 3 g / m 2 or more and 6 g / m 2 or less, and further preferably 3.5 g / m 2 or more and 5.5 g / m 2 or less.

<潤滑処理工程P6>
潤滑処理工程P6では、リン酸塩被膜を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。
<Lubrication treatment process P6>
In the lubricating treatment step P6, the surface of the steel wire coated with the phosphate coating is coated with a lubricant containing limestone soap or the like. As a result, the steel wire can be easily lubricated and cold worked, and the steel wire can be processed smoothly. Since the phosphoric acid coating itself has poor lubricity, the life of the die may be shortened if wire drawing or the like is performed without performing the lubricating treatment step P6.

<乾燥工程P7>
上記潤滑処理工程P6で用いる潤滑剤が液体の場合、乾燥工程P7において当該潤滑剤を乾燥させることが好ましい。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。
<Drying process P7>
When the lubricant used in the lubrication treatment step P6 is liquid, it is preferable to dry the lubricant in the drying step P7. The drying in drying process P7 can mention methods, such as spraying hot air with a drier. The drying temperature is preferably set to 60 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and the drying time is preferably 1 second or longer and 60 seconds or shorter.

<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。
<Wire drawing process P8>
The steel wire covered with the lubricant as described above is subjected to cold working represented by the wire drawing step P8 by a processing machine (in the wire drawing step P8, a wire drawing machine).

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。   Next, the effects of the continuous surface treatment method of the present invention will be described in detail by referring to Examples and Comparative Examples.

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、伸線工程P8及び圧造工程をこの順に行った。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。   In each of the examples and comparative examples, the steel type is SUJ2, and the spheroidizing annealing material (scale adhesion), continuous surface treatment, wire drawing process P8 and forging process are performed in this order on the steel wire having a diameter of φ11.0 mm. It was. In addition, the continuous surface treatment performed the descaling process P3, the preheating process P4, the film processing process P5, the lubrication process P6, and the drying process P7 in this order.

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(60%)、Fe(40%)
厚み:2μm
(デスケーリング工程P3)
(P3−1)ウェットブラスト
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:15%〜20%
エア圧力:0.4〜0.6MPa
線材とノズル角度:90°付近
線材とノズルの距離:90mm
(P3−2)酸洗浄(表1中で「酸洗」と記している)
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)
リン酸塩含有溶液:日本パーカライジング社製(製品名:PB−3682X)
各実施例及び各比較例におけるリン酸塩含有溶液中の全酸度は、上記リン酸塩含有溶液の製品を水の希釈量によって調製した。また、各実施例及び各比較例におけるリン酸塩含有溶液中の亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比は、表面調整剤(日本パーカライジング社製(製品名:A4770))を添加することにより調製した。
Details of the experimental conditions are as follows.
(1) Scale to be removed by descaling Chemical composition: Fe 3 O 4 (60%), Fe 2 O 3 (40%)
Thickness: 2μm
(Descaling process P3)
(P3-1) Wet blasting Equipment used: General-purpose wet blasting equipment manufactured by Macau Corporation Abrasive: Steel grit Abrasive grain concentration: 15% to 20%
Air pressure: 0.4-0.6MPa
Wire rod and nozzle angle: around 90 ° Distance between wire rod and nozzle: 90 mm
(P3-2) Acid cleaning (referred to as “Pickling” in Table 1)
Hydrochloric acid (20% by mass, normal temperature, immersion time 10 minutes)
(Preheating process P4)
Heat medium used: Hot water (60 ° C or 80 ° C)
Processing time: 60s
(Coating process P5)
Phosphate-containing solution: manufactured by Nippon Parkerizing Co., Ltd. (Product name: PB-3682X)
The total acidity in the phosphate-containing solution in each example and each comparative example was prepared by diluting the product of the phosphate-containing solution with water. Moreover, the weight ratio of the calcium ion with respect to the zinc ion in the phosphate containing solution in each Example and each comparative example was prepared by adding a surface conditioner (Nippon Parkerizing Co., Ltd. (product name: A4770)).

全酸度:30〜250pt
リン酸塩含有溶液の温度:80℃
処理時間:30s又は60s
(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:100℃
乾燥時間:4s
Total acidity: 30-250 pt
Phosphate-containing solution temperature: 80 ° C
Processing time: 30s or 60s
(Lubrication treatment P6)
Lubricant used: Lime soap (MAC-A20 (Inoue Lime Industry))
Lubricant temperature: 80 ° C
Processing time 10s
(Drying process P7)
Drying temperature: 100 ° C
Drying time: 4s

<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か、又は被膜詰まりが発生したものを「△」、500kg以上の鋼線材を加工しても焼付き及び被膜詰まり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中の比較例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。
<Cold processing evaluation>
The workability was evaluated by performing cold working on the steel wires produced in each of the above Examples and Comparative Examples. Specifically, the wire drawing was performed on a steel wire of about 1000 kg with a drawing area reduction rate of 12% (φ11 mm → φ10.3 mm). In the forging process, a steel wire having a weight of about 500 kg was extruded forward at a surface reduction rate of 50%. In wire drawing and forging, “×” indicates that seizure occurred immediately during processing, “△” indicates seizure occurred when processing a steel wire of less than 500 kg, or clogging occurred. The steel wire rods of 500 kg or more that were not seized and clogged with coating were evaluated as “◯”. Table 2 shows the evaluation results of the steel wire rods of the examples and the comparative examples. In Table 2, “−” in the evaluation result of “Forging” in Comparative Example 2 means that the forging could not be evaluated because seizure occurred in the wire drawing.

<結晶構造評価>
各実施例及び各比較例で形成したリン酸塩被膜を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて200倍で観察することにより、リン酸塩被膜の外観を評価した。図2〜図5は、実施例3及び比較例1〜3のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。
<Crystal structure evaluation>
The appearance of the phosphate coating was evaluated by observing the phosphate coating formed in each Example and each Comparative Example at 200 times using a scanning electron microscope (SEM). 2 to 5 are images observed by a scanning electron microscope of the phosphate coatings of Example 3 and Comparative Examples 1 to 3. FIG.

図2の観察画像から、実施例3では微細かつ均一な粒状の結晶構造のリン酸塩被膜が形成されていることが確認できる。この結晶の組成はリン酸亜鉛カルシウムと考えられる。   From the observation image of FIG. 2, it can be confirmed that in Example 3, a phosphate coating having a fine and uniform granular crystal structure is formed. The composition of this crystal is considered to be zinc calcium phosphate.

図3の観察画像から、比較例1では微細な粒状の結晶構造のリン酸塩被膜が形成されていることは確認できるが、地鉄が一部露出している。地鉄が露出した理由は、リン酸塩含有溶液の反応不足によりリン酸塩被膜が十分に形成されなかったことによるものと考えられる。この微細な粒状の結晶の組成はリン酸亜鉛カルシウムである。   From the observation image of FIG. 3, it can be confirmed that a phosphate film having a fine granular crystal structure is formed in Comparative Example 1, but part of the ground iron is exposed. The reason why the base iron is exposed is thought to be that the phosphate coating was not sufficiently formed due to insufficient reaction of the phosphate-containing solution. The composition of the fine granular crystals is zinc calcium phosphate.

図4の観察画像から、比較例2では粗大な板状の結晶と針状の結晶との混合組織のリン酸塩被膜が形成されていることが確認できる。この針状の結晶の組成はリン酸亜鉛と考えられる。   From the observation image of FIG. 4, it can be confirmed that in Comparative Example 2, a phosphate coating having a mixed structure of coarse plate-like crystals and needle-like crystals is formed. The composition of the needle-like crystals is considered to be zinc phosphate.

図5の観察画像から、比較例3では粗大な板状の結晶と針状の結晶と微細な粒状の結晶とが混在した不均一な結晶構造のリン酸塩被膜が形成されていることが確認できる。この針状の結晶構造はリン酸亜鉛と考えられ、粗大な板状の結晶及び微細な粒状の結晶の組成はリン酸亜鉛とリン酸亜鉛カルシウムとの混合組織と考えられる。   From the observation image of FIG. 5, it is confirmed that in Comparative Example 3, a phosphate film having a non-uniform crystal structure in which coarse plate-like crystals, needle-like crystals and fine granular crystals are mixed is formed. it can. This acicular crystal structure is considered to be zinc phosphate, and the composition of coarse plate-like crystals and fine granular crystals is considered to be a mixed structure of zinc phosphate and zinc calcium phosphate.

各実施例及び各比較例のリン酸塩被膜の外観評価に関し、実施例3と同等の結晶構造が確認されたリン酸塩被膜を「微細かつ緻密」と評価し、比較例1〜3と同等の結晶構造が確認されたリン酸塩被膜をそれぞれ「微細だが地鉄露出」、「粗大」、「粗大かつ不均一」と評価した。また上記観察画像による目視及びエネルギー分散型X線分析(EDS分析)に基づいてリン酸塩被膜の結晶組成を評価した。これらの評価結果を表2に示す。なお、表2中の「組成」は、リン酸塩被膜の組成の主成分を意味する。例えば、実施例1のリン酸塩被膜はリン酸亜鉛カルシウムを主成分として含み得ることを意味し、リン酸亜鉛カルシウムのみからなることを意図するものではない。   Regarding the appearance evaluation of the phosphate coating of each Example and each Comparative Example, the phosphate coating in which the crystal structure equivalent to Example 3 was confirmed was evaluated as “fine and dense” and equivalent to Comparative Examples 1-3. The phosphate coatings with confirmed crystal structures were evaluated as “fine but exposed to iron”, “coarse”, and “coarse and non-uniform”, respectively. Further, the crystal composition of the phosphate coating was evaluated based on visual observation by the observation image and energy dispersive X-ray analysis (EDS analysis). These evaluation results are shown in Table 2. “Composition” in Table 2 means the main component of the phosphate coating composition. For example, the phosphate coating of Example 1 means that zinc calcium phosphate can be included as a main component, and is not intended to consist solely of zinc calcium phosphate.

<評価結果の考察>
表2に示す実施例1〜10並びに比較例1〜5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た後に亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が2以上9以下であり、かつ全酸度が60pt以上250pt以下であるリン酸塩含有溶液を用いて鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成することにより、図2に示すような外観が微細かつ緻密な結晶構造のリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成することができた。これにより冷間加工(伸線加工及び圧造加工)においてリン酸塩被膜の焼付きや型詰まりが発生することなく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。
<Consideration of evaluation results>
From the comparison of the evaluation results of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 5 shown in Table 2, the weight ratio of calcium ions to zinc ions is 2 or more and 9 or less after descaling the steel wire using wet blasting, In addition, by forming a phosphate film on the surface of the steel wire using a phosphate-containing solution having a total acidity of 60 pt or more and 250 pt or less, phosphoric acid having a fine and fine crystal structure as shown in FIG. A phosphate coating containing zinc calcium could be formed. As a result, it became clear that cold processing (drawing processing and forging processing) can be performed without causing seizure of the phosphate coating and mold clogging, and the effect of the present invention was shown.

実施例1〜6と実施例7及び8とは予熱工程を含むか否かという点で異なるが、実施例7及び8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)、実施例1〜6で形成されたリン酸塩被膜となんら遜色ない厚みのリン酸塩被膜を形成することができた。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。   Although Examples 1-6 and Examples 7 and 8 differ in whether or not a preheating step is included, by including a preheating step as in Examples 7 and 8, the wire speed of the steel wire rod in continuous processing can be reduced. Even when the speed was doubled (from 20 m / min to 40 m / min), a phosphate film having a thickness comparable to the phosphate film formed in Examples 1 to 6 could be formed. This revealed that the preheating step can promote the formation of the phosphate coating.

比較例1では、リン酸塩被膜を形成する化成反応性が著しく低下し、地鉄が露出していた。この結果、伸線時の潤滑性を十分に確保することができず、伸線加工において焼き付きが発生した。このようにリン酸塩被膜を形成する化成反応性が低下した理由は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比を高くし過ぎたことによるものと考えられる。   In the comparative example 1, the chemical conversion reactivity which forms a phosphate film fell remarkably, and the base iron was exposed. As a result, sufficient lubricity during wire drawing could not be ensured, and seizure occurred during wire drawing. The reason why the chemical conversion reactivity for forming the phosphate coating is lowered is considered to be that the weight ratio of calcium ions to zinc ions is too high.

比較例2では、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜は形成されず、リン酸亜鉛を含むリン酸塩被膜が形成されたため、リン酸塩被膜の外観が粗大であり、かつ500kg未満の鋼線材を加工した時に被膜詰まりが多く発生していた。このようにリン酸亜鉛を含むリン酸塩被膜が形成された理由は、リン酸塩含有溶液中の亜鉛に対するカルシウムイオンの割合が比較的に低く、被膜処理時にリン酸亜鉛被膜のみが形成され、結果的に被膜が比較的に粗大化されたことによるものと考えられる。   In Comparative Example 2, the phosphate coating containing zinc calcium phosphate was not formed, and the phosphate coating containing zinc phosphate was formed, so that the appearance of the phosphate coating was coarse and less than 500 kg of steel. When the wire was processed, many film clogging occurred. The reason why the phosphate coating containing zinc phosphate is formed in this way is that the ratio of calcium ions to zinc in the phosphate-containing solution is relatively low, and only the zinc phosphate coating is formed during coating treatment, As a result, the film is considered to be relatively coarse.

比較例3では、リン酸亜鉛及びリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜が形成されたため、リン酸塩被膜の外観が粗大かつ不均一であり、かつ500kg未満の鋼線材を加工した時に被膜詰まりが発生した。このようなリン酸塩被膜が形成された理由は、リン酸塩含有溶液中のカルシウムイオンの重量が不足していたことによるものと考えられる。また、リン酸亜鉛被膜が優先的に形成されたため、被膜詰まりが発生したものと考えられる。   In Comparative Example 3, since the phosphate coating containing zinc phosphate and zinc calcium phosphate was formed, the appearance of the phosphate coating was coarse and uneven, and the coating was clogged when processing a steel wire of less than 500 kg. There has occurred. The reason why such a phosphate coating is formed is considered to be due to the insufficient weight of calcium ions in the phosphate-containing solution. Moreover, since the zinc phosphate coating was preferentially formed, it is considered that coating clogging occurred.

比較例4では、実施例1に対してリン酸塩被膜を形成する化成反応性が著しく低下し、地鉄が露出していたため、伸線時の潤滑性を十分に確保することができず、伸線加工において焼き付きが発生した。この理由は、リン酸塩含有溶液の全酸度が60pt未満であったことによるものと考えられる。   In Comparative Example 4, since the chemical conversion reactivity for forming the phosphate coating was significantly reduced with respect to Example 1 and the ground iron was exposed, the lubricity at the time of wire drawing could not be sufficiently ensured, Seizure occurred during wire drawing. The reason for this is considered to be that the total acidity of the phosphate-containing solution was less than 60 pt.

比較例5では、実施例1に対してリン酸塩被膜を形成する化成反応性が著しく低下し、地鉄が露出していたため、伸線時の潤滑性を十分に確保することができず、伸線加工において焼き付きが発生した。この理由は、デスケーリング工程で酸洗浄を用いたため、鋼線材の表面の活性化が十分でなかったことによるものと考えられる。   In Comparative Example 5, the chemical conversion reactivity for forming the phosphate coating with respect to Example 1 was significantly reduced, and the base iron was exposed, so that sufficient lubricity during wire drawing could not be ensured, Seizure occurred during wire drawing. The reason for this is considered to be that activation of the surface of the steel wire was not sufficient because acid cleaning was used in the descaling process.

比較例6では、リン酸亜鉛及びリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜が形成されたため、リン酸亜鉛被膜の外観が粗大かつ不均一であり、かつ500kg未満の鋼線材を加工した時に被膜詰まりが発生した。このようなリン酸塩被膜が形成された理由は、リン酸亜鉛被膜が優先的に形成されたため、被膜詰まりが発生したものと考えられる。   In Comparative Example 6, since the phosphate coating containing zinc phosphate and zinc calcium phosphate was formed, the appearance of the zinc phosphate coating was coarse and uneven, and the coating was clogged when a steel wire of less than 500 kg was processed. There has occurred. The reason why such a phosphate coating was formed is considered to be that the coating of the coating was generated because the zinc phosphate coating was preferentially formed.

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。 1 production line, 2 supply stand, 3 straightening machine, 4 straightening roll, 5 dice.

Claims (6)

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0.2MPa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デスケーリング工程と、
前記デスケーリング工程を終えた前記鋼線材をリン酸塩含有溶液に浸漬することにより前記鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成する被膜処理工程と、を含み、
前記リン酸塩含有溶液は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が2以上9以下であり、かつ全酸度が60pt以上250pt以下である、鋼線材の連続表面処理方法。
A method for continuously treating the surface of a steel wire before being cold worked,
A descaling step of removing scales adhering to the surface of the steel wire by injecting slurry containing abrasive particles by wet blasting at an air pressure of 0.2 MPa to 0.6 MPa with respect to the surface of the steel wire; ,
A coating treatment step of forming a phosphate coating on the surface of the steel wire by immersing the steel wire after the descaling step in a phosphate-containing solution,
The said phosphate containing solution is the continuous surface treatment method of the steel wire material whose weight ratio of the calcium ion with respect to zinc ion is 2-9, and a total acidity is 60 pt or more and 250 pt or less.
請求項1に記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
前記被膜処理工程におけるリン酸塩含有溶液の温度が60℃以上90℃以下である、鋼線材の連続表面処理方法。
It is the continuous surface treatment method of the steel wire rod according to claim 1,
The continuous surface treatment method of a steel wire, wherein the temperature of the phosphate-containing solution in the coating treatment step is 60 ° C or higher and 90 ° C or lower.
請求項1又は2に記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
前記リン酸塩含有溶液は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が3以上7以下である、鋼線材の連続表面処理方法。
It is the continuous surface treatment method of the steel wire rod according to claim 1 or 2,
The phosphate-containing solution is a continuous surface treatment method for steel wire, wherein a weight ratio of calcium ions to zinc ions is 3 or more and 7 or less.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
前記リン酸塩含有溶液の全酸度は120pt以上200pt以下である、鋼線材の連続表面処理方法。
It is the continuous surface treatment method of the steel wire rod as described in any one of Claims 1-3,
The total acidity of the said phosphate containing solution is 120pt or more and 200pt or less, The continuous surface treatment method of the steel wire.
請求項1〜4のいずれか一項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。
It is the continuous surface treatment method of the steel wire rod as described in any one of Claims 1-4,
A continuous surface treatment method for a steel wire, further comprising a preheating step that is performed after the descaling step and before the coating treatment step and preheats the steel wire.
請求項5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リン酸塩含有溶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。
It is the continuous surface treatment method of the steel wire rod according to claim 5,
The said preheating process is a continuous surface treatment method of the steel wire which heats the said steel wire so that the temperature difference with the temperature of the phosphate containing solution used at the process of forming the said phosphate film may be 30 degrees C or less.
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