JPH07100871B2 - 鉄鋼線材の連続リン酸塩処理方法 - Google Patents

鉄鋼線材の連続リン酸塩処理方法

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JPH07100871B2
JPH07100871B2 JP1980190A JP1980190A JPH07100871B2 JP H07100871 B2 JPH07100871 B2 JP H07100871B2 JP 1980190 A JP1980190 A JP 1980190A JP 1980190 A JP1980190 A JP 1980190A JP H07100871 B2 JPH07100871 B2 JP H07100871B2
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    • C23C22/362Chemical 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 containing fluorides or complex fluorides containing also phosphates containing also zinc cations

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、伸線加工、鍛造加工などに供する鉄鋼線材
の表面に潤滑皮膜の下地層を形成するためのリン酸塩処
理を連続的に行う方法に関する。
〔従来の技術〕
鉄鋼線材に伸線加工、鍛造加工などを施す場合、作業性
を高めるため、あらかじめ鉄鋼線材表面に潤滑皮膜を形
成しておき、鉄鋼線材がダイスをスムーズに通過するよ
うにしている。この潤滑皮膜は、ダイスとの摩擦により
簡単にはがれてしまわないように、鉄鋼線材表面に直接
形成されるのではなく、密着性の良い下地層を介して設
けられている。
前記下地層は、品質の安定性が良いという点から、一般
に、連続法により形成されている。すなわち、鉄鋼線材
をその長手方向に移動させている状態でリン酸塩処理液
と接触させ、鉄鋼線材表面で化学反応を行わせてその表
面にリン酸塩を析出させることにより下地層が形成され
ている。
このような連続的なリン酸塩処理としては、たとえば、
特開昭60−204890号公報に開示されているインライン方
式がある。このインライン方式によるリン酸塩処理は、
リン酸イオン20〜100g/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)、および、
全酸度50〜150ポイントのリン酸塩処理液を用いて行わ
れている。この方法では、78〜82℃のリン酸塩処理液に
25秒間浸漬処理することにより、潤滑皮膜のための下地
層を形成できることが確認されている。また、特開昭62
−207512号公報では、脱スケール後、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、リン酸亜鉛カルシウム溶液(Ca/Zn比率=
0.3〜1.0)、全酸度=160〜200ポイント}中を通して潤
滑下地処理を行うという、インライン方式によるリン酸
塩処理方法が開示されている。この方法では、通常のシ
ョットブラスト後鉄・亜鉛粒ブラストにより鉄・亜鉛合
金皮膜が形成された線材を80℃に予熱したものを、80℃
のリン酸塩処理液中に10秒間通すことにより潤滑皮膜の
ための下地層を形成できることが確認されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
前者の公報記載の発明では、リン酸塩処理に25秒間もの
長時間を要する。また、後者の公報記載の発明では、リ
ン酸塩処理に最低10秒間要する。さらに、後者の公報記
載の発明によると、下地層がリン酸亜鉛カルシウムであ
り、素地である鉄鋼との密着性が劣る上、その上に形成
される潤滑皮膜のステアリン酸ナトリウムとの反応性が
低いため、潤滑処理に要する時間が長くなる。これら従
来の連続的リン酸塩処理方法では、大きな設備スペース
が必要になったり、線材の移動速度をあまり速くできな
かったりするといった問題があった。
そこで、この発明は、潤滑皮膜の下地層を形成するため
のリン酸塩処理に要する時間を10秒未満とすることがで
き、これにより、設備スペースがコンパクトになり、建
設費の減少に寄与しうるとともに、形成された下地層が
素地である鉄鋼との密着性に優れ、潤滑皮膜との反応性
も良いものとなる鉄鋼線材の連続リン酸塩処理方法を提
供することを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、この発明にかかる鉄鋼線材
の連続リン酸塩処理方法は、鉄鋼線材を移動させながら
連続的にリン酸塩処理液に接触させて、前記鉄鋼線材表
面に潤滑皮膜形成のための下地層を形成する方法におい
て、前記リン酸塩処理液が、亜鉛イオン40〜140g/l、ニ
ッケルイオン3〜20g/l、鉄(III)イオン0.1〜4g/l、
リン酸イオン50〜180g/l、硝酸イオン50〜220g/l、およ
び、フッ素元素5〜20g/lを含むことを特徴とする。
上に挙げた2つの公報記載の発明では、リン酸塩処理液
が、潤滑皮膜形成の阻害要因であるカルシウムを必須成
分としていたが、この発明では、カルシウムを含まず、
反応性に優れ、短時間に反応膜を形成することが可能で
ある。
この発明のリン酸塩処理方法の対象となる鉄鋼線材は、
たとえば、冷間鍛造用線材であるがこれに限定するもの
ではない。
この発明によれば、熱間圧延された鉄鋼線材などの線材
をコイルから巻き出すなどしてその長手方向に移動させ
ながら、リン酸塩処理液に接触させる。これにより、線
材表面に潤滑皮膜形成のための下地層を形成する。同下
地層は、素地である鉄鋼との密着性が良く、潤滑処理剤
との反応性が高く、かつ、その上に形成される潤滑皮膜
との密着性も良好である。線材をリン酸塩処理液に接触
させる方法は、浸漬法、スプレー法などが可能であり、
特に限定はない。なお、線材は、リン酸塩処理液と接触
させる前に、必要に応じて通常のやり方などにしたがっ
て脱スケールなどの処理を施してもよい。
この発明で用いるリン酸塩処理液中の主要な成分および
その割合は、下記のようになっている必要がある。
亜鉛イオンは40〜140g/lである。40g/l未満だと皮膜形
成速度が遅くなり、140g/lを越えると皮膜形成速度の向
上が見られず不経済である。
ニッケルイオンは3〜20g/lである。3g/l未満だと皮膜
形成速度が遅く、また、皮膜の潤滑性能が低い。また、
20g/lを越えると性能の向上が見られず、不経済であ
る。
リン酸イオンは、PO4に換算して50〜180g/lである。こ
の範囲を下回ると皮膜形成速度が遅くなり、この範囲を
上回ると皮膜形成速度の向上が見られず、不経済であ
る。
硝酸イオン(NO3)は、50〜220g/lである。この範囲を
下回ると皮膜形成速度が遅くなり、この範囲を上回ると
リン酸塩の析出pHが高くなり、そのためかえって皮膜形
成速度が低下する。
フッ素(F)元素は5〜20g/lである。5g/l未満だと、
リン酸塩処理の素材に対するエッチング力が低く、皮膜
形成が遅くなる。20g/lを越えるとエッチングが過大に
なり、皮膜形成速度が遅くなる。フッ素元素は、たとえ
ば、フッ酸、ケイフッ酸、ホウフッ酸、および、これら
のNa,K,NH4塩の中から選ばれた少なくとも1つの化合物
により供給され、その処理液中での存在形態は特に限定
されない。
鉄(III)イオン(3価の鉄イオン)は0.1〜4g/lであ
る。0.1g未満だと皮膜形成速度が遅く、4g/lを越えると
皮膜形成速度の向上が見られない。
なお、リン酸塩処理液には、酸化剤として一般的に用い
られる亜硝酸イオン、塩素酸イオン等を併用することが
できる。
この発明では、鉄鋼線材を必要に応じて脱スケールした
後、リン酸塩処理液と接触させる前に、必要に応じて、
リン酸チタンコロイドをTi(イオン)として1〜20ppm
となるように含有し、かつ、pH7〜10に調整された表面
調整液に接触させることも可能である。リン酸チタンコ
ロイドの量が前記範囲を下回ると皮膜形成速度が遅くな
るおそれがあり、前記範囲を上回ると皮膜形成速度の向
上が見られない場合がある。また、pHが7よりも低い値
であると、リン酸チタンコロイドの安定性が損なわれる
場合があり、10よりも大きい値であると、リン酸塩処理
液を中和することになり、同処理液のバランスを損なう
おそれがある。同表面調整液による処理の条件は、たと
えば、温度は常温〜70℃程度、時間は1秒以上である。
この発明によれば、鉄鋼線材表面に下地層を形成するた
めに、同線材とリン酸塩処理液を接触させるのに要する
時間は、上記従来法よりも短く、たとえば、3秒以上、
10秒以下が可能である。このため、鉄鋼線材を浸漬によ
りリン酸塩処理液と接触させる場合、線材の移動速度が
従来法と同じだと処理液槽が1/2〜1/3程度の短さです
み、処理液槽が従来法と同じ長さだと線材の移動速度を
2〜3倍程度はやくすることができる。
鉄鋼線材とリン酸塩処理液を接触させるときの温度条件
は、従来法と同様にすることができ、たとえば、80〜95
℃である。この接触後、必要に応じて、水洗および/ま
たは湯洗を行って乾燥を行い、線材表面にリン酸塩から
なる下地層が形成されたものを得る。これに、たとえ
ば、通常のやり方にしたがって、潤滑処理を施し、伸線
加工、鍛造加工などを行う。必要に応じて、巻き取りな
どを行う。
〔作用〕
リン酸塩処理液が上記のように特定の成分を特定の割合
で含んでいることにより、ニッケルイオン、鉄(III)
イオンおよびフッ素元素の次のような働きが得られる。
すなわち、ニッケルイオンは、下地層を形成する結晶を
微細化するため皮膜形成速度を向上させ、フッ素元素
は、リン酸塩処理液にエッチング力を付与して反応速度
をはやめ、3価鉄イオンは、酸化剤として働き、下地層
となる化成皮膜の形成を促進すると考えられる。
この発明により線材表面に形成された下地層は、ニッケ
ルイオンを含んでいることにより、素地に対する密着性
が向上しており、結晶の微細化により、加工時のリン酸
塩結晶の破壊が少なく、潤滑皮膜の密着性も向上してい
る。しかも、同下地層は、カルシウム成分を含んでいな
いので、反応性に富んでおり、潤滑処理の時間を短縮さ
せることも可能である。
また、上記のようなリン酸塩処理に先立ち、上記のよう
に調製された表面調整液に線材を接触させると、線材表
面に微細な結晶が析出し、この微細な結晶が、次に行う
リン酸塩処理による皮膜形成の速度を向上させる。
〔実施例〕 以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。なお、下記
実施例および比較例では、線材として、冷間圧造用炭素
鋼線(JIS G 3539、種類記号SWCH 45K、線径φ20mm)
を用いた。
−実施例1〜3− 線材を長手方向に移動させながら、処理工程Iにしたが
って処理し、線材表面に潤滑処理のための下地層を形成
した。
処理工程I 脱スケール ↓ 湯 洗:70〜80℃で5秒間 ↓ 表面調整 ↓ リン酸塩処理 ↓ 水 洗:2秒間 ↓ 湯 洗:70〜80℃で5秒間 ↓ 乾 燥:熱風乾燥 脱スケールは、スチールショットブラストにより行っ
た。条件は、0.3〜0.4mm径のスチールビーズを用い、空
気圧力4〜5kg/cm2で噴射するというものであった。
表面調整は、「サーフファイン5N−5」(日本ペイント
株式会社製の表面調整剤)の0.2wt%水溶液(リン酸チ
タンコロイドをTiとして10ppmとなるように含有し、か
つ、pH8に調整されたもの)に1秒間浸漬することによ
り行った。同水溶液の温度は40〜50℃であった。
リン酸塩処理は、第1表に示す主要組成を持つリン酸塩
処理液を用いて、同表に示す処理時間で行った。リン酸
塩処理液には、促進剤として、NO2 -イオン50ppmを添加
した。
−実施例4、5および比較例1〜3− 線材を長手方向に移動させながら、上記処理工程Iにお
いて表面調整を行わなかったこと以外は処理工程Iにし
たがって処理し、線材表面に潤滑処理のための下地層を
形成した。
上記実施例および比較例により表面に下地層を形成した
線材に、潤滑処理を施して潤滑皮膜を形成した。すなわ
ち、温度80℃のステアリン酸ナトリウム水溶液〔サーフ
リューベ10N−1(日本ペイント株式会社製)の5wt%水
溶液〕に10秒間浸漬した後、乾燥した。
形成された潤滑皮膜について、株式会社オリエンテック
製の摩擦摩耗試験機EFM−4S(バウデン試験機)を用い
て、下記の試験条件により摺動試験を行い、摩擦係数が
0.2に達するまでの摺動回数を潤滑性能として第1表に
示した。ここで、摩擦係数が0.2に達するまでとは、潤
滑皮膜が摺動子との摩擦摩耗に耐え、良好な潤滑性能を
維持する寿命を意味する。
試験条件 また、リン酸塩処理後の外観、リン酸塩皮膜量および潤
滑皮膜量も第1表に示した。
これらの評価法は、次のとおりである。リン酸塩処理後
の外観は、目視により判定した。リン酸塩皮膜量は、ク
ロム酸水溶液による皮膜剥離前後の重量差より算出し
た。潤滑皮膜量は、アルカリ脱脂剤(日本ペイント株式
会社製のサーフクリーナー53)による潤滑皮膜剥離前後
の重量差より算出した。
第1表にみるように、実施例のリン酸塩処理を行ったも
のは、3〜8秒間という非常に短時間の処理により、均
一な結晶のリン酸塩皮膜からなる下地層が形成されてい
て、摺動試験結果も良好であった。
〔発明の効果〕
この発明にかかる鉄鋼線材の連続リン酸塩処理方法は、
以上に述べたようになっているので、処理時間を極めて
短時間にすることができる。これにより、設備建設費が
大幅に減少し、また、既存設備においては生産能力を高
めることができるようになった。
また、この発明では、上記リン酸塩処理に先立ち、上記
特定の組成を有する表面調整液に線材を接触させておく
と、下地層の形成速度をより早めるという効果も得られ
る。
フロントページの続き (72)発明者 細見 正樹 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本ペ イント株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−207512(JP,A) 特開 昭63−76883(JP,A) 特開 平1−123080(JP,A) 特開 昭61−79782(JP,A) 特開 昭60−204890(JP,A) 特開 昭59−133375(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉄鋼線材を移動させながら連続的にリン酸
    塩処理液に接触させて、前記鉄鋼線材表面に潤滑皮膜形
    成のための下地層を形成する方法において、前記リン酸
    塩処理液が、亜鉛イオン40〜140g/l、ニッケルイオン3
    〜20g/l、鉄(III)イオン0.1〜4g/l、リン酸イオン50
    〜180g/l、硝酸イオン50〜220g/l、および、フッ素元素
    5〜20g/lを含むことを特徴とする鉄鋼線材の連続リン
    酸塩処理方法。
  2. 【請求項2】鉄鋼線材をリン酸塩処理液に接触させる前
    に、リン酸チタンコロイドをTiとして1〜20ppmとなる
    ように含有し、かつ、pH7〜10に調整された表面調整液
    に接触させる請求項1記載の鉄鋼線材の連続リン酸塩処
    理方法。
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