KR102105304B1

KR102105304B1 - 내식성 및 가공 후의 외관이 우수한 강선재

Info

Publication number: KR102105304B1
Application number: KR1020187008815A
Authority: KR
Inventors: 히로타카 이토; 시게히로 야마네; 팜 반 둑; 쓰요시 하타케야마; 시노부 고미야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2020-04-28
Also published as: KR20180044997A; CN108138327A; JP2017066515A; MX2018003548A; JP6694769B2; CN108138327B; US20180273869A1

Abstract

장기 방청성 등의 내식성과 압조 가공 후의 우수한 외관을 양립시킬 수 있는 윤활 피막을 갖는 강선재를 제공한다. 본 개시의 강선재는, 규소(A)와 텅스텐(B)과 지방산의 알칼리 금속염(C)을 포함하고, (B)/(A)의 건조 질량비가 1.3∼18의 범위이며, (C)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0.14∼2.0의 범위이고, 인을 포함하지 않는 윤활 피막을 표면에 갖는 것이다.

Description

내식성 및 가공 후의 외관이 우수한 강선재

본 개시는, 인을 포함하지 않는 윤활 피막을 표면에 갖는 강선재에 관한 것이다.

강선 및 강선재의 소성 가공에 있어서, 금속 표면끼리(특히 다이스와 피가공재)가 격렬하게 맞스칠 때에 생기는 마찰은, 가공 에너지의 증대, 발열 및 소부(燒付) 현상 등의 원인이 된다. 그래서, 마찰력 저감을 목표로 한 다양한 윤활제가 이용되어 왔다. 윤활제로서는, 옛부터 기름 및 비누류 등이 이용되고, 마찰면에 공급함으로써 유체 윤활막으로서 마찰력을 저감해 왔다. 그렇지만, 표면적 확대에 의한 큰 발열을 수반하면서 고면압하에서 접동하는 소성 가공에서는, 윤활성 부족 및 윤활막 끊김 등에 의해 소부 현상이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 고면압하에서도, 다이스와 피가공재의 계면에 개재함으로써 윤활막 끊김을 일으키기 어렵고, 금속끼리의 직접 접촉을 회피할 수 있는, 붕산염 피막 및 인산염 결정 피막 등의 무기 피막 등의 고체 피막으로 미리 금속 재료 표면을 피복해 두는 기술이 일반화되고 있다. 이와 같은 고체 피막은, 충분한 피막 강도를 갖는다. 특히, 인산 아연 피막과 비누층으로 이루어지는 복합 피막(이하, 화성 처리 피막이라고 부르는 경우가 있다)은, 높은 가공성과 내식성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다.

한편, 근년, 가공 에너지의 더한 저감화, 강(强)가공도화, 난(難)가공재에 대한 대응, 피막 프로세스의 환경 보전성(예를 들어 인산염 처리는 슬러지 등의 산업 폐기물을 다량으로 생기게 하므로 환경보전상 문제가 있다), 및 볼트 등의 침인(고강도 볼트의 헤더 가공 후에 피막 성분의 인이 잔존하면, 열처리 시에 인이 강 중에 진입하여, 취성 파괴의 기인이 된다) 대책 등, 고체 피막에의 요구는 다방면에 걸쳐서 급속히 높아지고 있다. 이들 요구에 대해서 환경보전을 고려하는 한편, 고도의 윤활성을 갖는 고체 피막이 개발되고 있다. 이 기술은, 피가공재의 표면에 수계의 소성 가공 윤활제를 도포하여 건조하는 것뿐인 간편한 공정에 의해, 고도의 윤활성을 갖는 피막을 형성시키는 것이다.

특허문헌 1에는 (A) 수용성 무기염과 (B) 왁스를 물에 용해 또는 분산시킨 조성물로, 고형분 중량비 (B)/(A)가 0.3∼1.5의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 금속 재료 소성 가공용 수계 윤활 피막 처리제와 그 피막 형성 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는 알칼리 금속 붕산염(A)을 함유하는 수계 윤활 피막 처리제에 있어서, 알칼리 금속 붕산염(A)에 붕산 리튬을 포함하고, 알칼리 금속 붕산염(A)에 있어서의 전체 알칼리 금속에 대한 리튬의 몰비율이 0.1∼1.0이며, 또한 알칼리 금속 붕산염(A)의 붕산 B와 알칼리 금속 M의 몰비율(B/M)이 1.5∼4.0인 것을 특징으로 하는 금속 재료 소성 가공용 수계 윤활 피막 처리제와 그 피막 형성 방법이 개시되어 있다. 이 기술은 피막이 흡습하는 것에 의해 발생하는 피막의 결정화를 억제함으로써 가공성뿐만 아니라, 높은 내식성을 갖는 피막을 형성할 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 3에는 A 성분: 무기계 고체 윤활제와, B 성분: 왁스와, C 성분: 수용성 무기 금속염을 함유하고, A 성분과 B 성분의 고형분 건조 질량비(A 성분/B 성분)가 0.1∼5이며, A 성분, B 성분, 및 C 성분의 합계량에 대한 C 성분의 고형분 건조 질량 비율(C 성분/(A 성분+B 성분+C 성분))이 1∼30%인 것을 특징으로 하는 비인계 소성 가공용 수용성 윤활제가 개시되어 있다. 이 기술은 인을 함유하지 않는 윤활제이며, 또한 화성 처리 피막과 동등한 내식성이 실현될 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 4에는, 수용성 무기염(A)과, 이황화 몰리브데넘, 및 그래파이트로부터 선택되는 1종 이상의 활제(B)와, 왁스(C)를 함유하고, 또한 이들을 물에 용해 또는 분산시키고 있으며, (B)/(A)가 고형분 중량비로 1.0∼5.0, (C)/(A)가 고형분 중량비로 0.1∼1.0인 수계 윤활 피막 처리제와 그 피막 형성 방법이 개시되어 있다. 이 기술은 종래의 수계 윤활 피막 처리체에 이황화 몰리브데넘 및/또는 그래파이트를 배합함으로써, 화성 처리 피막과 동등 레벨의 높은 가공성을 실현할 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 5에는, 규산염(A)과, 폴리카복실산염(B)과, 수친화성 폴리머 및/또는 수친화성 유기 라멜라 구조체(C)와, 몰리브데넘산염 및/또는 텅스텐산염(D)을 함유하고, 상기 각 성분의 건조 질량비가 소정의 비율인 피막 형성제가 개시되어 있다.

특허문헌 1∼5에도 기재되어 있듯이, 수용성 무기염은, 수계 윤활 피막 처리제의 고체 피막에 있어서의 필수 성분이다. 그 이유는, 수용성 무기염으로 구성되는 윤활 피막은 충분한 피막 강도를 가져, 전술과 같이, 고면압하에서도, 다이스와 피가공재의 계면에 개재하여 윤활막 끊김을 일으키기 어려워, 금속끼리의 직접 접촉을 회피할 수 있기 때문이다. 따라서, 수계 윤활 피막 처리제에서는, 수용성 무기염 및 수용성 수지로 이루어지는 고체 피막에, 마찰 계수를 저감 가능한 적절한 활제를 조합함으로써, 소성 가공 시에 양호한 윤활 상태를 유지할 수 있다.

수용성 성분으로 구성되는 수계 윤활 피막의 피막 형성 메커니즘에 대해 설명한다. 수용성 성분의 수용성 무기염은, 윤활제 처리액 중에서 물에 용해된 상태이며 금속 재료 표면에 윤활제를 도포하여 건조시키면, 용매의 물이 증발하여 윤활 피막이 형성된다. 그 때에, 수용성 무기염은, 금속 재료 표면에서 고형물로서 석출되어, 고체 피막을 형성한다. 이와 같이 형성된 고체 피막은, 소성 가공에 견딜 수 있는 피막 강도를 갖추고 있고, 마찰 계수를 저감시키는 적당한 활제를 배합시킴으로써, 소성 가공 시에 양호한 윤활성을 나타낸다.

국제 공개 제02/012420호 일본 특허공개 2011-246684호 공보 일본 특허공개 2013-209625호 공보 국제 공개 제02/012419호 일본 특허공개 2002-363593호 공보

그러나, 특허문헌 1∼5의 윤활 피막에서는, 상기의 화성 처리 피막과 비교하여 2개월 이상의 장기 방청성이 현저하게 뒤떨어져 있어, 실용 레벨까지 높이는 것이 되어 있지 않다. 이것은, 피막의 주성분이 수용성 성분이기 때문에, 대기 중의 수분을 용이하게 흡수하거나 또는 투과시켜, 강재와 수분의 접촉이 용이하다는 것이 원인이 되고 있다. 특허문헌 2에서는, 흡습에 의한 피막의 결정화를 억제함으로써 내식성이 향상되고 있지만, 흡습 그 자체를 억제하고 있는 것은 아니고, 충분한 내식성이 얻어지고 있지 않다. 또한, 특허문헌 3에 기재되어 있는 수계 윤활 피막은, 항온항습기를 이용하여 발청을 촉진한 실험실에서의 내식성 시험에 있어서, 화성 처리 피막과 동등 이상의 내식성을 나타냈다고 기재되어 있다. 그러나, 실제로 윤활 피막을 사용하는 환경은, 먼지, 분진 및 산세 약제의 미스트가 부착될 수 있는 상태에 있는 것이 보통이다. 그와 같은 과혹한 환경에 있어서는, 화성 처리 피막보다도 내식성이 뒤떨어지고 있는 것이 실상이다. 이와 같이, 인을 함유하고 있지 않는 수계 윤활 피막에 있어서, 화성 처리 피막과 동등 이상의 방청성을 갖는 것은 과거에 존재하지 않았다.

비교적 높은 내식성이 얻어지는 수용성 무기염으로서는, 규산염의 알칼리 금속염(이하, 규산염이라고 기재하는 경우가 있다)과, 텅스텐산염의 알칼리 금속염 및/또는 암모늄염(이하, 텅스텐산염이라고 기재하는 경우가 있다)을 들 수 있다. 이들 수용성 무기염은, 특허문헌 1, 특허문헌 4 및 특허문헌 5에 기재되어 있다. 그러나, 그것들도 실용상의 내식성은, 화성 처리 피막과 비교하면 크게 뒤떨어지는 것이다.

수용성 규산염은, 수용성 무기염 중에서는 수분을 투과시키기 어렵고, 또한 소재와의 밀착성이 매우 높은 성질이 있다. 이 성질 때문에, 화성 처리 피막만큼은 아니지만, 비교적 높은 내식성을 발현할 수 있는 재료이다. 이는, 윤활제의 용매인 물이 휘발하는 피막 생성 과정에 있어서, 수용성 규산염이 가교하여, 네트워크 구조를 취하기 때문이다. 그러나, 이 네트워크 구조인 까닭으로, 수용성 규산염의 피막은 윤활 피막으로서는 너무 취성이다. 이 때문에, 기재가 가공되었을 때에는, 피막이 균열되어, 충분히 추종할 수 없고, 가공 부위의 피막 잔존량 저하로 이어지는 경우가 있다.

수용성 텅스텐산염은, 피막을 형성했을 때에, 외기의 수분을 흡수하기 어렵다. 이것은, 수용성 텅스텐산염이 피막을 형성할 때, 입자상의 결정을 형성하기 때문이다. 더욱이, 수용성 텅스텐산염은, 강재 표면에 자기 수복 기능을 갖는 부동태막을 형성시키는 성질이 있어, 피막 성분으로서 이용함으로써 고내식성의 피막 형성을 기대할 수 있다. 그러나, 수용성 텅스텐산염은, 결정질인 까닭에, 소재와의 밀착성이 부족한 데다가, 균일한 피막을 형성할 수 없기 때문에, 기대대로의 내식성 및 가공성을 얻을 수 없다. 예를 들어, 윤활제 중에 합성 수지 성분을 가함으로써, 피막의 밀착성 및 균일성을 높일 수 있지만, 그런데도 내식성은 화성 처리 피막과 비교하여 현저하게 뒤떨어지는 것이다.

특허문헌 4에 게재된 수계 윤활 피막 처리제는, 이황화 몰리브데넘 및/또는 그래파이트를 함유함으로써, 강가공 시에도 화성 처리 피막과 동등 이상의 가공성을 얻을 수 있다. 그러나, 특허문헌 1∼3의 윤활 피막과 비교하여 내식성이 뒤떨어지는 것이다.

특허문헌 5에서는, 규산염(A)을 주성분으로서 함유하고, 내식제(D) 등이 지나치게 많거나 하는 피막 처리재에서는, 압출 하중이 높은 경우, 소부가 발생하는 등 하여 윤활성이 뒤떨어지기 때문에, 안정된 작업이 곤란해지고, 또한, 장기 방청성도 충분하지는 않다.

더욱이, 특허문헌 1∼5에 기재된 윤활 피막을 갖는 강재를 압조(壓造) 가공하면, 압조 가공의 방법 및 압조 가공 후의 형상 등에 따라서는, 강재에 대한 피막의 압입(押入)이 발생하여, 제품의 외관 불량이 발생한다. 이들 윤활 피막은, 피막 중에 있어서의 활제 성분의 분포가 성겨지기 쉬워, 활제가 많은 개소와 활제가 적은 개소 사이에서, 압조 가공 시에 국소적으로 마찰 상태의 차이가 생겨 버린다. 그 결과, 강재를 가공했을 때의 변형량이 국소적으로 상이하여, 소위 스틱 슬립 현상과 유사한 현상이 생긴다. 특히, 마찰이 국소적으로 높아지고 있는 개소에서 피막의 압입이 발생하여, 인상(鱗狀)의 모양이 생기는 등의 외관 불량을 초래한다. 또한, 윤활 피막 중에 배합되는 무기염은 비교적 경질이기 때문에, 압조 가공 시의 면압으로 강재에 압입 자국이 발생하기 쉽다. 이들 모양이나 압입 자국은 육안으로 용이하게 확인할 수 있기 때문에, 제품의 외관을 현저하게 해치는 것이 되고 있었다.

이와 같이, 수계 윤활 피막에서는, 실용 환경에서도 화성 처리 피막에 필적하는, 약 2개월 이상의 장기간에 걸친 높은 내식성을 갖고, 또한 압조 가공 후에도 우수한 외관을 동시에 겸비할 수는 없었다.

그래서, 본 발명의 실시형태의 과제는, 장기 방청성 등의 내식성과 압조 가공 후의 우수한 외관을 양립시킬 수 있는 윤활 피막을 갖는 강선재를 제공하는 것에 있다.

발명자들은, 인을 포함하지 않는 윤활 피막을 표면에 갖는 강선재에 대해, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 행해 왔다. 그 결과, 수용성 규산염 등에서 유래하는 규소와 수용성 텅스텐산염 등에서 유래하는 텅스텐의 비율, 즉 텅스텐/규소의 건조 질량비를 소정 비율로 제어한 윤활 피막에, 활제로서 이용되는 여러 가지 화합물 중에서도 지방산의 알칼리 금속염을 소정의 비율로 배합하는 것에 의해, 그들 성분 단체(單體)로는 결코 이룰 수 없었던 높은 내식성과, 왁스 등의 활제를 배합했을 때에는 결코 얻어지지 않았던 압조 가공 후의 우수한 외관이 동시에 얻어진다는 것을 발견하여, 본 발명의 실시형태를 완성했다.

본 발명의 실시형태의 강선재는, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이하와 같이 구성되어 있다.

본 발명의 실시형태의 강선재는, 규소(A)와 텅스텐(B)과 지방산의 알칼리 금속염(C)을 포함하고, (B)/(A)의 건조 질량비가 1.3∼18의 범위이며, (C)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0.14∼2.0의 범위이고, 인을 포함하지 않는 윤활 피막을 표면에 갖는 것이다.

상기 규소가 수용성 규산염 유래이고, 또한 상기 텅스텐이 수용성 텅스텐산염 유래인 것이 바람직하다.

상기 규소가, 규산 리튬, 규산 나트륨 및 규산 칼륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상에서 유래하고, 또한 상기 텅스텐이, 텅스텐산 리튬, 텅스텐산 나트륨, 텅스텐산 칼륨 및 텅스텐산 암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상에서 유래하는 것이 바람직하다.

상기 윤활 피막이 상기 지방산의 알칼리 금속염(C) 이외의 활제(D)를 추가로 포함하고, {(C)+(D)}/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0.14∼2.0인 것이 바람직하다.

상기 활제(D)가 왁스, 폴리테트라플루오로에틸렌, 지방산 금속 비누, 지방산 아마이드, 이황화 몰리브데넘, 이황화 텅스텐, 그래파이트 및 멜라민 사이아누레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 것이 바람직하다.

상기 윤활 피막이 수지(E)를 추가로 포함하고, (E)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0 초과 1.4 이하인 것이 바람직하다.

상기 수지(E)가 바이닐 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 유레테인 수지, 페놀 수지, 셀룰로스 유도체, 폴리말레산, 및 폴리에스터 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 것이 바람직하다.

상기 윤활 피막의 단위 면적당의 피막 질량이 1.0∼20g/m²인 것이 바람직하다.

본 개시의 강선재는, 윤활 피막이 상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 장기 방청성 등의 내식성이 우수하고, 또한 압조 가공 후의 외관도 양호한 강선재가 얻어진다. 이들 성능은 모두, 화성 처리 피막을 갖는 강선재와 동등 이상의 수준인 점이, 종래의 수계 윤활 피막과 비교하여 크게 우수한 점이다.

도 1은, 실시예에 있어서의 압조 가공의 수순을 나타내는 개략도이다.

본 발명의 실시형태의 강선재는, 규소(A)와 텅스텐(B)과 지방산의 알칼리 금속염(C)을 포함하고, (B)/(A)의 건조 질량비가 1.3∼18의 범위이며, (C)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0.14∼2.0의 범위이고, 인을 포함하지 않는 윤활 피막을 표면에 갖는 데에 특징이 있다.

본 발명의 실시형태의 강선재에 사용되는 강에는, 탄소강, 합금강, 및 특수강 등이 포함된다. 이러한 강으로서는, 탄소 함유량이 0.2질량% 이하(0질량%를 포함하지 않는다)인 연강, 및 0.2질량% 초과 1.5질량% 이하 정도인 탄소강을 들 수 있다. 더욱이, 용도에 따라서, 연강 또는 탄소강에, 실리콘, 망가니즈, 인, 황, 니켈, 크로뮴, 구리, 알루미늄, 몰리브데넘, 바나듐, 코발트, 타이타늄 및 지르코늄 등으로부터 선택되는 적어도 1종을 첨가한 합금강 또는 특수강 등을 들 수 있다.

본 개시에 있어서 강선재란, 일반적으로는, 강을 열간 가공에 의해 선재로 가공한 것을 말한다. 본 개시의 강선재에는 강선도 포함된다. 강선이란 상기의 강선재를 추가로 가공 처리한 것이다. 상기 가공 처리로는, 신선 가공 처리, 압조 가공 처리 및 단조 가공 처리 등을 들 수 있다. 구체적으로는 예를 들어, 상기의 강선재를 규정 사이즈(선경 및 진원도 등)로 신선 가공한 것, 신선 가공 후에 압조 가공한 것, 및 상기의 강선재를 단조 가공한 것 등을 들 수 있다. 또한, 상기 강선에는, 상기 가공 처리 후의 제품에 대해서 열처리 및/또는 도금 처리 등의 표면 처리 등을 추가로 실시한 것도 포함된다. 구체적으로는 예를 들어, 상기 압조 가공 또는 단조 가공 후에, 기계 가공을 행하여 제품으로 한 후, 열처리를 실시한 것, 또는 상기 열처리 후에 도금 처리를 추가로 실시한 것 등을 들 수 있다.

본 발명의 실시형태의 강선재는, 후술하는 윤활 피막을 가짐으로써, 내식성과 압조 가공 후의 외관이 우수한 것이면, 특별히 한정되지 않지만, 강선재의 표면과 윤활 피막 사이에 추가적인 피막, 즉 하지(下地) 피막이 형성되어 있어도 된다. 이들 피막은, 어느 것도 1층 또는 2층 이상의 층이어도 된다.

본 발명의 실시형태에 이용되는 상기 윤활 피막 및 하지 피막은 모두, 인을 포함하지 않는 것이다. 따라서, 윤활 피막의 형성에 사용되는 윤활 피막 처리제에는, 인을 포함하는 성분은 포함되지 않는다. 그렇지만, 본 발명의 실시형태에 있어서, 조업 과정 등에서 인을 포함하는 성분이 강선재 표면의 피막에 불가피적으로 혼입되는 것을 배제하는 것은 아니다. 즉, 실제의 조업에서는 불가피적 불순물로서 인이 오염시키는 경우가 있지만, 인의 함유량이 1질량% 이하 정도이면, 이러한 인에 의해 강선재가 취성 파괴될 가능성은 낮아, 침인은 일어나지 않는다고 간주할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태의 강선재에 있어서의 윤활 피막의 각 성분, 조성 등부터 차례로 설명한다.

본 발명의 실시형태의 강선재는, 규소(A), 텅스텐(B), 및 지방산의 알칼리 금속염(C)을 포함하고, (B)/(A)의 건조 질량비가 1.3∼18의 범위 내에 있으며, (C)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0.14∼2.0의 범위로 함유하는 윤활 피막을 표면에 갖는다. 상기 성분을 포함하고, 또한 그들의 비율을 상기 범위로 제어한 윤활 피막을 강선재의 표면에 형성하는 것에 의해, 높은 내식성과 압조 가공 후의 우수한 외관을 동시에 달성할 수 있다.

예를 들어, 후술되는 수용성 규산염과 수용성 텅스텐산염을 복합하여 윤활 피막으로 했을 경우, 수용성 규산염이 형성하는 네트워크 구조 중에 수용성 텅스텐산염이 혼입되게 된다. 전술한 대로, 수용성 텅스텐산염은, 결정질의 피막을 형성한다고 하는 결점을 갖는다. 그렇지만, 수용성 규산염의 네트워크 구조에 혼입되는 것에 의해, 수용성 텅스텐산염이 균일하고 또한 미세하게 존재할 수 있게 된다. 이것에 의해, 수용성 규산염의 수분을 투과시키기 어려운 성질과, 수용성 텅스텐산염의 자기 수복 기능을 모두 갖는 부동태막이 형성되어, 내식성이 현저하게 향상된다.

또한, 수용성 텅스텐산염이 수용성 규산염에 주는 영향으로서, 피막 추종성의 개선에 수반하는, 가공 부위의 피막 잔존량의 증가를 들 수 있다. 전술한 대로, 수용성 규산염의 피막 추종성이 뒤떨어지는 원인은, 수용성 규산염의 고분자화에 의해 강고한 연속 피막을 형성하는 것에 의하는 것이다. 복합하고 있는 수용성 텅스텐산염이 수용성 규산염의 네트워크 구조 중에 개재함으로써, 강고한 네트워크 구조의 형성을 적당히 저해하여, 피막 추종성이 향상되는 것에 의해, 피막 잔존량을 증가시킬 수 있다.

특히, 양호한 내식성을 확보하기 위해, 텅스텐(B)/규소(A)의 건조 질량비는 1.3 이상이며, 바람직하게는 1.8 이상, 보다 바람직하게는 2.0 이상이다. 또한, 상기 건조 질량비는 18 이하이며, 바람직하게는 10 이하, 보다 바람직하게는 5.4 이하이다. B/A의 건조 질량비가 1.3을 하회하면 충분한 내식성이 얻어지지 않는 외에, 가공부의 피막 잔존량이 저하된다. 이것은, 상대적으로 상기 텅스텐산염의 양이 감소하는 것에 의해 부동태막이 충분히 형성되지 않는 것, 및 상기 규산염량이 상대적으로 증가함으로써 강고한 네트워크 구조를 형성해 버리는 것에 기인한다. 텅스텐/규소의 건조 질량비가 18을 상회하면 충분한 내식성이 얻어지지 않는 피막이 된다. 이것은, 상대적으로 규산염량이 적어짐으로써 수분이 투과하기 쉬워지는 것, 상기 텅스텐산염의 결정이 석출하여, 피막의 밀착성, 균일성이 저하되는 것에 기인한다. 한편, 본 발명의 실시형태에 있어서, 텅스텐/규소의 건조 질량비는, 피막 중의 수용성 텅스텐산염 유래의 텅스텐 원소와 수용성 규산염 유래의 규소 원소의 비율에 기초하는 것이며, 후술대로 하여 산출할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 있어서, 규소(A)는 수용성 규산염 유래이고, 텅스텐(B)은 수용성 텅스텐산염 유래인 것이 적합하다. 후기하는 실시예에 있어서의, 텅스텐(B)/규소(A)의 건조 질량비는, 윤활 피막 중의 수용성 텅스텐산염 유래의 텅스텐 원소와 윤활 피막 중의 수용성 규산염 유래의 규소 원소의 건조 질량 비율에 기초하는 것으로, 예를 들어 유도 결합 플라즈마 또는 형광 X선 분석을 이용하여 산출할 수 있다.

또한, 상기 규소(A)가 수용성 규산염(a) 유래이고, 텅스텐(B)이 수용성 텅스텐산염(b) 유래인 경우, 그들의 건조 질량비 (b)/(a)는 0.7 이상이며, 바람직하게는 0.9 이상, 보다 바람직하게는 1.1 이상이다. 당해 건조 질량비는 10 이하이며, 바람직하게는 6.0, 보다 바람직하게는 3.0 이하이다.

상기 수용성 규산염의 종류는, 예를 들어, 규산 리튬, 규산 나트륨, 및 규산 칼륨을 들 수 있다. 이들은, 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상 조합하여 이용해도 된다.

상기 수용성 텅스텐산염의 종류는, 예를 들어, 텅스텐산 리튬, 텅스텐산 나트륨, 텅스텐산 칼륨, 및 텅스텐산 암모늄을 들 수 있다. 이들은, 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상 조합하여 이용해도 된다.

다음에 지방산의 알칼리 금속염(C)에 대해 설명한다. 지방산의 알칼리 금속염(C)은, 윤활 피막의 마찰 저감과 압조 가공 후의 외관 불량 방지를 위해서 배합된다. 지방산의 알칼리 금속염(C)은 약간이지만 수용성을 갖고 있어, 윤활 피막의 형성 과정에 있어서, 용해되어 있던 지방산의 알칼리 금속염(C)이 미세하고 또한 균일하게 석출되어 온다. 전술한 바와 같이, 종래의 윤활 피막은, 피막 중에 있어서의 활제 성분의 분포가 성겨지기 쉬워, 활제가 많은 개소와 활제가 적은 개소 사이에서, 압조 가공 시에 국소적으로 마찰 상태의 차이가 생긴다. 지방산의 알칼리 금속염(C)은, 다른 활제 성분과 달리, 피막 중에 미세하고 또한 균일하게 존재할 수 있기 때문에, 국소적인 마찰 상태의 차이가 생기기 어려워, 압조 가공 후에 양호한 외관(압조 외관)이 얻어진다. 또한, 지방산의 알칼리 금속염(C)의 배합에 의해, 윤활 피막이 연질화되어, 강선재에 윤활 피막이 압입되기 어려워진다고 하는 효과도 있다.

전술한 지방산의 알칼리 금속염(C)에 의한 첨가 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, 규소(A), 텅스텐(B) 및 지방산의 알칼리 금속염(C)의 건조 질량비인 (C)/{(A)+(B)}는 0.14 이상이고, 바람직하게는 0.2 이상이며, 보다 바람직하게는 0.4 이상이다. 상기 건조 질량비는 2.0 이하이며, 바람직하게는 1.5 이하이다. 상기 건조 질량비가 0.14를 하회하면 양호한 압조 외관이 얻어지지 않게 된다. 한편, 상기 건조 질량비가 2.0을 초과하는 경우는, 규소(A)와 텅스텐(B)의 양이 상대적으로 적게 되어 버려, 내식성의 저하 및 압조 가공 시에 있어서의 피막의 내소부성의 저하, 그에 따르는 금형 수명의 저하를 초래한다.

또한, 상기 규소(A)가 수용성 규산염(a) 유래이고, 텅스텐(B)이 수용성 텅스텐산염(b) 유래인 경우, 건조 질량비 (C)/{(a)+(b)}는 0.043 이상이고, 바람직하게는 0.062 이상이며, 보다 바람직하게는 0.09 이상이다. 당해 건조 질량비는 0.95 이하이며, 보다 바람직하게는 0.8 이하이다.

본 발명의 실시형태에 이용되는 지방산의 알칼리 금속염(C)은, 탄소수 12개 이상의 장쇄 지방산(고급 지방산)의 알칼리 금속염(예를 들어 나트륨염, 칼륨염, 리튬염)을 의미한다. 지방산을 구성하는 탄화수소기는, 직쇄상이어도 분기쇄상이어도 상관없다. 상기 지방산의 알칼리 금속염(C)은, 미리스트산 나트륨, 미리스트산 칼륨, 미리스트산 리튬, 팔미트산 나트륨, 팔미트산 칼륨, 팔미트산 리튬, 스테아르산 나트륨, 스테아르산 칼륨, 스테아르산 리튬, 12-하이드록시스테아르산 나트륨, 12-하이드록시스테아르산 칼륨 및 12-하이드록시스테아르산 리튬 등을 들 수 있다. 이들은, 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상 조합하여 이용해도 된다.

이상, 본 발명의 실시형태의 강선재를 구성하는 윤활 피막의 기본 성분에 대해 설명했다.

본 발명의 실시형태의 강선재는, 추가로 지방산 알칼리 금속염(C) 이외의 활제(D) 및/또는 수지(E)를 윤활 피막에 함유해도 된다.

이들 중 활제(D)는, 그 자체에 미끄럼성이 있어, 마찰력을 저감시키는 기능을 갖는다. 일반적으로, 소성 가공 시에 마찰력이 증대하면, 가공 에너지의 증대, 발열, 및 소부 등이 발생한다. 상기 활제(D)를 본 발명의 실시형태에 따른 강선재의 윤활 피막 중에 함유시키면, 윤활 피막 중에서 고체의 형태로 존재하여, 마찰력의 증대가 억제되게 된다. 그와 같은 기능 및 성질을 갖는 활제(D)로서, 왁스, 폴리테트라플루오로에틸렌, 지방산 금속 비누, 지방산 아마이드, 이황화 몰리브데넘, 이황화 텅스텐, 그래파이트 및 멜라민 사이아누레이트를 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상 조합하여 이용해도 된다.

상기 왁스는, 구체예로서 폴리에틸렌 왁스, 파라핀 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스, 폴리프로필렌 왁스 및 카나바 왁스 등을 들 수 있다. 상기 지방산 금속 비누는, 구체예로서 스테아르산 칼슘, 스테아르산 아연, 스테아르산 바륨 및 스테아르산 마그네슘 등을 들 수 있다. 상기 지방산 아마이드는 지방산을 2개 갖는 아마이드 화합물이며, 구체예로서 에틸렌 비스라우르산 아마이드, 에틸렌 비스스테아르산 아마이드, 에틸렌 비스베헨산 아마이드, N-N'-다이스테아릴아디프산 아마이드, 에틸렌 비스올레산 아마이드, 에틸렌 비스에루크산 아마이드, 헥사메틸렌 비스올레산 아마이드 및 N-N'-다이올레일아디프산 아마이드를 들 수 있다.

본 발명의 실시형태에 있어서의 윤활 피막이 활제(D)를 추가로 포함하는 경우, 상기 활제(D)의 첨가 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, {(C)+(D)}/{(A)+(B)}의 건조 질량비는 0.14 이상인 것이 바람직하고, 0.2 이상인 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.4 이상이다. 상기 건조 질량비는 2.0 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.5 이하이다. 상기 건조 질량비가 0.14 미만이면, 상기 활제(D)의 함유량이 지나치게 적기 때문에, 상기의 성능을 발휘할 수 없다. 한편, 상기 건조 질량비가 2.0을 초과하는 경우는, 규소와 텅스텐의 양이 상대적으로 적게 되어 버려, 내식성이 저하된다.

또한, 수지(E)는 바인더 작용, 기재와 피막의 밀착성 향상, 증점 작용에 의한 레벨링성의 부여 및 분산 성분의 안정화 작용을 갖는다. 그와 같은 기능 및 성질을 갖는 수지로서, 예를 들어, 바이닐 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 유레테인 수지, 페놀 수지, 셀룰로스 유도체, 폴리말레산 및 폴리에스터 수지 등을 들 수 있다. 한편, 아크릴 수지에는, 메타크릴 수지도 포함된다. 또한, 이들 수지는 중합체여도 공중합체여도 된다. 공중합체로서는, 예를 들어, 바이닐-아크릴산의 공중합체, 바이닐-에폭시의 공중합체, 바이닐-유레테인의 공중합체, 바이닐-페놀의 공중합체, 바이닐-(무수) 말레산의 공중합체, 아크릴산-에폭시의 공중합체, 아크릴산-유레테인의 공중합체, 아크릴산-페놀의 공중합체, 아크릴산-(무수) 말레산의 공중합체, 에폭시-유레테인의 공중합체, 에폭시-페놀의 공중합체, 에폭시-(무수) 말레산의 공중합체, 유레테인-페놀의 공중합체, 유레테인-(무수) 말레산의 공중합체, 페놀-(무수) 말레산의 공중합체, 올레핀-아크릴산의 공중합체, 올레핀-에폭시의 공중합체, 올레핀-유레테인의 공중합체, 올레핀-페놀의 공중합체 및 올레핀-(무수) 말레산의 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상 조합하여 이용해도 된다.

상기 윤활 피막 중에 상기 수지(E)를 추가로 포함하는 경우, 상기 수지(E)의 첨가 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, (E)/{(A)+(B)}의 건조 질량비는 0.01 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05 이상이다. 상기 건조 질량비는 1.4 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.9 이하이다. 상기 건조 질량비가 0.01 미만인 경우, 상기의 작용이 충분히 발휘되지 않을 우려가 있다. 한편, 상기 건조 질량비가 1.4를 초과하는 경우, 압조 가공 후의 외관 불량이 발생하기 쉬워진다.

더욱이 본 발명의 실시형태를 구성하는 윤활 피막은, 상기의 기본 성분(규소, 텅스텐, 지방산의 알칼리 금속염) 및 선택 성분(수지, 지방산의 알칼리 금속염 이외의 활제) 외에, 점도 조정제를 추가로 배합할 수 있다. 이것에 의해, 가공 처리를 실시하는 강선재(가공 처리를 필요로 하는 강선재, 즉, 가공 처리 전의 강선재를 의미한다.)에 윤활 피막 처리제를 도포했을 때에, 레벨링성과 틱소성이 부여되어, 균일한 도포 상태를 확보할 수 있다. 그와 같은 점도 조정제는, 구체예로서, 몬모릴로나이트, 소코나이트, 바이델라이트, 헥토라이트, 논트로나이트, 사포나이트, 철 사포나이트 및 스티븐사이트 등의 스멕타이트계 점토 광물; 미분 실리카, 벤토나이트 및 카올린 등의 무기계의 증점제 등을 들 수 있다.

또한, 상기 윤활 피막은, 밀착성 등을 향상시키기 위해, 수용성염을 추가로 포함하고 있어도 된다. 수용성염의 종류는 특별히 한정되지 않고, 무기염 및 유기염의 어느 하나 또는 양방을 이용할 수 있다. 무기염으로서는, 황산 나트륨 및 황산 칼륨 등의 황산염; 붕산 나트륨, 붕산 칼륨 및 붕산 암모늄 등의 붕산염 등을 들 수 있다. 유기염으로서는, 폼산, 아세트산, 뷰티르산, 옥살산, 석신산, 락트산, 아스코르브산, 타르타르산, 시트르산, 말산, 말론산, 말레산, 프탈산 등의 산과, 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속 등의 염 등을 들 수 있다.

본 발명의 실시형태의 강선재의 윤활 피막은, 신선 가공 전후에 있어서의 높은 내식성을 부여할 수 있지만, 더욱 내식성을 향상시킬 목적으로, 다른 수용성 방청제나 인히비터를 배합해도 된다. 이들은 공지의 것을 이용할 수 있고, 예를 들어, 올레산, 다이머산, 타르타르산 및 시트르산 등의 각종 유기산; EDTA, NTA, HEDTA 및 DTPA 등의 각종 킬레이트제; 트라이에탄올아민 등의 알칸올 아민의 혼합 성분; p-t-뷰틸벤조산의 아민염류; 카복실산 아민염, 2염기산 아민염 및 알켄일 석신산 및 그의 수용성염; 아미노테트라졸 및 그의 수용성염을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상 조합하여 이용해도 된다.

본 발명의 실시형태의 강선재를 구성하는 상기 윤활 피막은, 상기 성분(규소의 대표적인 공급원인 수용성 규산염, 텅스텐의 대표적인 공급원인 수용성 텅스텐산염 및 지방산의 알칼리 금속염의 필수 성분; 필요에 따라서 지방산의 알칼리 금속염 이외의 활제, 수지, 점토 조정제 및 수용성염 등)을 액체 매체에 첨가하고 혼합하는 것에 의해 윤활 피막 처리제를 조제하고, 가공 처리를 실시하는 강선재의 표면에 도포하여 제작할 수 있다.

상기 수용성 규산염은, 윤활 피막 처리제 중의 a 성분, b 성분, C 성분, D 성분 및 E 성분의 건조 질량으로의 합계량 100질량% 중, 5질량% 초과인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10질량% 이상, 더욱 바람직하게는 15질량% 이상이며, 58질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 52질량% 이하, 더욱 바람직하게는 45질량% 이하이다.

상기 수용성 텅스텐산염은, 윤활 피막 처리제 중의 a 성분, b 성분, C 성분, D 성분 및 E 성분의 건조 질량으로의 합계량 100질량% 중, 10질량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15질량% 이상, 더욱 바람직하게는 20질량% 이상이며, 88질량% 미만인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 85질량% 이하, 더욱 바람직하게는 80질량% 이하이다.

상기 지방산의 알칼리 금속염은, 윤활 피막 처리제 중의 a 성분, b 성분, C 성분, D 성분 및 E 성분의 건조 질량으로의 합계량 100질량% 중, 3질량% 초과인 것이 바람직하고, 7질량% 초과인 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 12질량%이상, 특히 바람직하게는 16질량%이상이며, 50질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40질량% 이하, 더욱 바람직하게는 30질량% 이하이다.

여기에서, 상기 수용성 규산염의 양이 5질량% 이하, 상기 수용성 텅스텐산염의 양이 88질량% 이상인 경우, 충분한 장기 방청성이 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 압조 가공 후의 외관 불량이 생긴다. 이것은, 상대적으로 수용성 규산염량이 적어짐으로써 수분이 투과하기 쉬워지는 것, 텅스텐산염의 결정이 석출하여, 피막의 밀착성, 균일성이 저하되는 것에 기인한다. 한편, 상기 수용성 규산염의 양이 58질량% 초과, 상기 수용성 텅스텐산염의 양이 10질량% 미만이면, 충분한 내식성, 압조 가공 후의 양호한 외관이 얻어지지 않는다. 이것은, 상대적으로 텅스텐의 양이 감소하는 것에 의해 부동태막이 충분히 형성되지 않는 것, 및 수용성 규산염량이 상대적으로 증가함으로써 강고한 네트워크 구조가 형성되어 버리는 것에 기인한다.

또한, 상기 지방산의 알칼리 금속염의 양이 50질량% 초과인 경우, 규소(A)와 텅스텐(B)의 양이 상대적으로 적어져 버려, 내식성이 저하된다. 한편, 상기 지방산의 알칼리 금속염의 양이 3질량% 이하인 경우, 압조 가공 후에 외관 불량을 발생시키기 쉬워진다.

상기 윤활 피막 상에, 윤활성, 내소부성, 및 내식성 등을 한층 더 향상시키기 위해서, 건식 윤활제를 부착시켜도 된다. 건식 윤활제의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 고급 지방산 비누, 보락스, 석회 및 이황화 몰리브데넘 등을 주성분으로 하는 일반적인 윤활 파우더 및/또는 신선 파우더를 사용할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 있어서, 윤활 피막을 형성시키기 위한 윤활 피막 처리체에 있어서 액체 매체(용매, 분산 매체)는 물이다. 한편, 건조 공정에서의 윤활 피막 처리제의 건조 시간 단축화를 위해서, 물보다도 저비점인 알코올을 배합해도 된다.

상기 윤활 피막 처리제는, 그 액의 안정성을 높이기 위해, 수용성의 강알칼리 성분을 포함하고 있어도 된다. 구체예로서, 수산화 리튬, 수산화 나트륨 및 수산화 칼륨 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상 조합하여 이용해도 된다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 따른 강선재의 제조 방법을 설명한다. 상기 제조 방법은, 가공 처리를 실시하는 강선재의 청정화 공정, 윤활 피막의 제조(처리) 공정, 건조 공정, 및 가공 공정을 포함한다. 가공 공정 후, 필요에 따라서 열처리 및/또는 표면 처리 등의 공정을 추가로 행해도 된다. 이하, 각 공정을 설명한다.

· 청정화 공정(전처리 공정)

강선재에 윤활 피막을 형성시키기 전에, 숏 블래스트, 샌드 블래스트, 웨트 블래스트, 필링, 알칼리 탈지 및 산세정으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 청정화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 여기에서의 청정화는, 소둔 등에 의해 성장한 산화 스케일 및 각종의 오염(기름 등)을 제거하는 것을 목적으로 하는 것이다.

· 윤활 피막 제조 공정

본 발명의 실시형태에 있어서, 윤활 피막을, 가공 처리를 실시하는 강선재에 제조하는 공정은, 특별히 한정되지 않지만, 침지법, 플로 코팅법 및 스프레이법 등의 도포를 이용할 수 있다. 도포의 정도는, 표면이 충분히 본 발명의 실시형태에 이용되는 윤활 피막 처리제로 덮이면 되고, 도포하는 시간도 특별히 제한되지 않는다. 여기에서, 도포 시의 건조성을 높이기 위해서, 강선재를 60∼80℃로 가온하고 나서, 윤활 피막 처리제와 접촉시켜도 된다. 또한, 40∼70℃로 가온한 윤활 피막 처리제를 강선재와 접촉시켜도 된다. 이들 방법에 의해, 건조성이 큰폭으로 향상되어 건조가 상온에서 가능해지는 경우도 있어, 열에너지의 손실을 줄일 수도 있다.

· 건조 공정

다음에, 상기 윤활 피막 처리제를 건조할 필요가 있다. 건조는 상온 방치라도 상관없지만, 60∼150℃에서 1∼30분 행해도 된다.

· 가공 공정

상기 윤활 피막 제조 공정 및 건조 공정을 행하는 것에 의해 얻어진, 윤활 피막을 갖는 강선재는, 본 발명의 실시형태에 따른 강선재의 범위에 포함된다. 또한, 가공 공정에 의해 윤활 피막을 갖는 강선재에 가공 처리를 실시한 것이어도, 윤활 피막을 갖는 것이면, 본 발명의 실시형태에 따른 강선재의 범위에 포함된다. 상기 가공 처리에는, 전술한 바와 같이 신선 가공 처리, 압조 가공 처리 및 단조 가공 처리 등을 들 수 있다.

여기에서, 강선재에 형성되는 윤활 피막의 단위 면적당의 피막 질량은, 그 후의 가공의 정도에 따라 적절히 제어된다. 단위 면적당의 피막 질량은, 1.0g/m²이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2.0g/m² 이상이며, 20g/m² 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15g/m² 이하이다. 한편, 단위 면적당의 피막 질량은, 처리 전후의 강선재의 질량차 및 표면적으로부터 계산할 수 있다. 전술한 단위 면적당의 피막 질량 범위가 되도록 제어하기 위해서는, 윤활 피막 처리제의 고형분 질량(농도)을 적절히 조절한다. 실제로는, 고농도의 윤활 피막 처리제를 물로 희석하여, 그 희석액으로 사용하는 경우가 많다. 희석 조정하는 물은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 순수, 탈이온수, 수돗물, 지하수 및 공업용수 등을 사용할 수 있다.

· 가공 공정 후의 공정

상기 가공 공정 후, 본 발명의 실시형태의 강선재에, 열처리; 도금 처리 등의 표면 처리 등의 공정을 추가로 실시할 수 있다. 상기 열처리는, 가공 공정에 의해 얻어진 강선재를 딱딱하게 하여, 강도 및/또는 인성 등을 부여할 목적으로 행해진다. 열처리의 방법은 특별히 한정되지 않고, 일반적인 방법을 채용할 수 있으며, 예를 들어, 소입, 및 소려 등의 일반 열처리; 침탄 소입, 및 질화 등의 표면 열처리 등을 들 수 있다. 또한, 도금 처리는, 내식성을 부여할 목적으로 행해지는 것으로, 주로 열처리 후의 것에 대해서 행해진다. 도금 처리의 방법은 특별히 한정되지 않고, 일반적인 방법을 채용할 수 있으며, 예를 들어, 전기 도금, 및 용융 도금 등을 들 수 있다. 도금의 종류도 특별히 한정되지 않고, 일반적인 도금을 행할 수 있고, 예를 들어, 아연 도금, 크로뮴 도금 및 니켈 도금 등을 들 수 있다.

· 탈막 방법

본 발명의 실시형태에 있어서, 윤활 피막 처리체에 의해 형성된 상기 윤활 피막은, 수계의 알칼리 세제에 침지하거나 스프레이 세정하는 것에 의해 탈막 가능하다. 알칼리 세제는, 물에, 수산화 나트륨, 및 수산화 칼륨 등의 일반적인 알칼리 성분을 용해시킨 액이며, 이것에 상기 윤활 피막을 접촉시키면, 상기 윤활 피막이 세정액 중에 용해되므로, 용이하게 탈막할 수 있다. 또한, 가공 후의 열처리에 의해 탈락하기 쉬운 피막으로 할 수 있다. 따라서, 전술한 알칼리 세정 및/또는 열처리에 의해, 탈막 불량에 의한 후속 공정에서의 오염 및 도금 불량을 미리 막을 수 있다.

실시예

이하, 강선재를 대상으로 했을 경우에 대해, 실시예를 비교예와 함께 드는 것에 의해, 본 개시의 효과와 함께 더욱 구체적인 설명을 한다. 한편, 본 개시는 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

(1-1) 수계 윤활 피막 처리제의 조제

이하에 나타내는 각 성분을 이용하여, 표 1에 나타내는 고형분 질량비가 되도록, 각각을 물에 혼합하여, 실시예 1∼19 및 비교예 1∼7의 강선재 또는 냉간압연 강판(SPCC-SD)에 침지시키는 각 윤활 피막 처리제를 조제했다. 한편, 각 성분을 혼합한 물의 양은, 형성되는 윤활 피막이 표 1에 나타내는 피막 질량이 되도록 적절히 조정했다. 또한, 이들 윤활 피막 처리제에는, 수산화 리튬을 0.5질량%로 배합했다. 또한, 비교예 8(종래예)의 강선재 또는 냉간압연 강판(SPCC-SD)에 침지시키는 윤활 피막 처리제로서, 시판의 반응 비누 윤활제를 사용했다.

＜수용성 규산염＞

(a-1) 3호 규산 나트륨(Na₂O·nSiO₂ n=3)

(a-2) 규산 리튬(Li₂O·nSiO₂ n=3.5)

＜수용성 텅스텐산염＞

(b-1) 텅스텐산 나트륨

(b-2) 텅스텐산 칼륨

＜지방산의 알칼리 금속염＞

(C-1) 12-하이드록시스테아르산 리튬

(C-2) 아이소헥사데칸산(분기 팔미트산) 나트륨

＜활제＞

(D-1) 음이온성 폴리에틸렌 왁스(평균 입자경 5μm)

(D-2) 스테아르산 칼슘(평균 입자경 8μm)

＜수지＞

(E-1) 아이소뷰틸렌·무수 말레산 공중합체(중량 평균 분자량 160,000∼170,000)의 나트륨 중화염

(1-2) 전처리, 윤활 피막 처리, 및 건조 처리

전처리, 윤활 피막 처리, 및 건조 처리는, φ12.5mm의 강선재(강종: SCM435) 표면을 대상으로 이하의 공정으로 실시했다.

＜실시예 1∼19 및 비교예 1∼7의 강선재 또는 냉간압연 강판을 제조하기 위한, 전처리, 윤활 피막 처리, 및 건조 처리＞

(a) 탈지: 시판의 탈지제(파인클리너 E6400, 니혼파커라이징(주)제) 농도 20g/L, 온도 60℃, 침지 10분

(b) 세면: 수돗물, 상온, 침지 30초

(c) 산세: 17.5% 염산, 상온, 침지 20분

(d) 세면: 수돗물, 상온, 침지 30초

(e) 중화: 시판의 중화제(프레팔렌 27, 니혼파커라이징(주)제)

(f) 윤활 피막 처리: (1-1)에서 조제한 각 윤활 피막 처리제 온도 60℃, 침지 1분

(g) 건조: 100℃, 10분

(h) 피막 질량은, 처리 전후의 강선재의 질량차 및 표면적으로부터 산출

＜비교예 8의 강선재 또는 냉간압연 강판을 제조하기 위한, 전처리, 윤활 피막 처리, 및 건조 처리＞

(b) 세면: 수돗물, 상온, 침지 30초

(c) 산세: 염산, 농도 17.5%, 상온, 침지 20분

(d) 세면: 수돗물, 상온, 침지 30초

(e) 화성 처리: 시판의 인산 아연 화성 처리제(팔본드 3696 X, 니혼파커라이징(주)제) 농도 75g/L, 온도 80℃, 침지 10분

(f) 세면: 수돗물, 상온, 침지 30초

(g) 비누 처리: 시판의 반응 비누 윤활제(팔루브 235, 니혼파커라이징(주) 제) 농도 70g/L, 온도 85℃, 침지 3분

(h) 건조: 100℃, 10분

(i) 피막량: 10g/m²

(1-3) 평가 시험

(1-3-1) 압조 가공 시험

상기 (1-2)의 각 처리를 행한 φ12.5mm×4m의 강선재를 이용하여, 도 1에 나타내는 수순으로 압조 가공을 행했다. 우선, 상기 강선재를 φ11.05의 다이스에 통과시켜 인발함으로써 φ11.05의 강선재를 제작했다. 그 후, 압조 포머로 2단계의 압조 가공을 실시했다. 상세하게는, 우선, 도 1의 좌도에 나타내는 바와 같이 강선재를 적당한 길이로 절단하고, 1단째에서 도 1의 중앙도에 나타내는 사이즈로 가공한 후, 2단째에서 도 1의 우도에 나타내는 바와 같이 φ7.2mm까지 가공했다. 상기 압조 가공 시험에서는, 모든 수준에서, 압조 직전에 포머유(간사이유지흥업(주)제의 다이어프레스 No.17B)를 도유했다.

압조 가공 후의 강선재의 피막 잔존량, 및 외관 불량의 유무를 이하와 같이 하여 평가했다.

(압조 가공 후의 피막 잔존량)

압조 가공 후의 피막 잔존량은, 하기의 방법으로 피막을 박리(탈막)하여, 박리 전후의, 압조 가공 후의 강선재 중량으로부터 산출했다.

· 피막 박리제: 시판의 알칼리성 박리제(니혼파커라이징(주)제의 FC-E6463), 20g/L

· 탈막 방법: 상기 피막 박리제를 액온 60℃로 가온하여, 상기 압조 가공 후의 강선재를 60분간 침지한 후, 스펀지로 문질러 피막을 박리했다. 그 후, 탈이온수에 의한 세정을 행하고, 압축 에어로 수증기를 완전히 날렸다.

· 평가 기준: 피막 잔존량을 하기와 같이 하여 산출하고, 하기 기준으로 잔막성을 평가했다. 피막 잔존량이 많을수록, 압조 가공 후의 내소부성이 양호한 것을 의미한다. 본 실시예에서는 피막 잔존량이 0.8g/m² 이상을 합격으로 했다.

피막 잔존량(g/m²)=(탈막 전의 시험편 중량-탈막 후의 시험편 중량)/시험편의 표면적

○: 피막 잔존량 1.8g/m² 이상

△: 피막 잔존량 0.8g/m² 이상, 1.8g/m² 미만

×: 피막 잔존량 0.8g/m² 미만

(압조 가공 후의 외관 불량의 평가 기준)

○: 외관 불량이 발생하지 않는다.

×: 압조 가공부의 전면에 외관 불량이 발생한다.

(1-3-2) 내식성(장기 방청성) 시험

상기 압조 가공 후의 강선재에서는, 내식성 시험의 평가가 곤란하므로, 각 윤활 피막 처리제 의해 윤활 피막을 형성시킨 강재를 이용하여, 내식성 시험을 행했다. 구체적으로는, 팔테크사제의 SPCC-SD(75mm×35mm×0.8mm)에 상기 (1-2)의 각 처리를 실시하고, 여름철에 2개월간 옥내에 폭로하여 녹을 발생시키고, 녹의 발생 상태를 관찰했다. 발청 면적이 클수록, 내식성(장기 방청성)이 뒤떨어진다고 판단했다.

(평가 기준)

◎: 비교예 8의 SPCC-SD에 있어서의 윤활 피막의 성능보다 현저하게 우수하다(녹 면적 3% 이하)

○: 비교예 8의 SPCC-SD에 있어서의 윤활 피막의 성능보다 우수하다(녹 면적 3% 초과, 10% 이하)

△: 비교예 8의 SPCC-SD에 있어서의 윤활 피막의 성능과 동등(녹 면적 10% 초과, 20% 이하)

×: 비교예 8의 SPCC-SD에 있어서의 윤활 피막의 성능보다 뒤떨어진다(녹 면적 20% 초과, 30% 이하)

이들의 시험 결과를 표 2에 나타낸다.

우선, 표 2의 실시예 1∼19는 모두, 본 개시의 구성 요건을 만족하는 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD이며, 압조 가공 후의 외관이 양호하고, 또한 높은 내식성을 갖고 있었다. 또한, 압조 가공 후의 피막 잔존량도 많기 때문에, 소부 등도 발생하지 않아, 금형 수명이 우수하다.

이에 반하여, 본 개시의 구성 요건을 만족하지 않는 비교예는 이하의 결함을 가지고 있다.

우선, 비교예 1은, 규소(A)의 공급원인 수용성 규산염을 포함하지 않는 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD이다. 비교예 2는, 텅스텐(B)의 공급원인 수용성 텅스텐산염을 포함하지 않는 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD이다. 비교예 3은, 상기 A와 B의 건조 질량비 (B)/(A)가 높은 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD이다. 비교예 4는, 상기 A와 B의 건조 질량비 (B)/(A)가 낮은 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD이다. 비교예 1∼4 모두 내식성이 뒤떨어지고 있었다.

또한, 비교예 5∼7은, 상기 (C)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 본 개시의 범위를 만족하지 않는 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD, 또는, 해당 건조 질량비가 본 개시의 범위를 만족하지 않고, 또한 지방산의 알칼리 금속염(C)을 포함하지 않는 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD이다.

이들 중 비교예 5는, 지방산의 알칼리 금속염(C)을 포함하지 않고, 활제로서 왁스(D)만을 포함하는 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD이며, 압조 외관이 뒤떨어지고 있었다. 이 실험 결과로부터, 압조 가공 후의 우수한 외관을 얻기 위해서는, 윤활 피막 중에 지방산의 알칼리 금속염(C)이 포함되어 있는 것이 불가결하고, 대표적인 활제인 왁스를 첨가해도 소망으로 하는 효과가 얻어지지 않음을 알 수 있다.

또한, 비교예 6은, 상기 (C)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 본 개시의 범위보다 낮은 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD이다. 지방산의 알칼리 금속염(C)의 첨가 효과가 유효하게 발휘되지 않기 때문에, 압조 외관이 뒤떨어지고 있었다.

비교예 7은, 상기 (C)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 본 개시의 범위보다 높은 윤활 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD이다. 지방산의 알칼리 금속염(C)의 첨가 효과에 의해 압조 가공 후의 외관은 양호했지만, 지방산의 알칼리 금속염의 양이 지나치게 많기 때문에, 압조 가공 후의 피막 잔존량이 저하되어 미소한 소부가 생겼다.

비교예 8은, 반응 비누 처리를 행하여 형성시킨 인산염 피막을 갖는 강선재 또는 SPCC-SD(종래예)이다. 소입 소려 등의 열처리를 행할 때에 침인을 일으켜 강선재가 취약해질 우려가 있다.

이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 개시의 강선재는, 윤활 피막 중에 인을 포함하지 않기 때문에 침인성이 없고, 또한 종래의 인산염과 비누 처리재와 동등 이상의 양호한 장기간 내식성을 가지며, 게다가 압조 가공 후의 외관 불량도 생기지 않는다. 따라서, 본 개시의 강선재는, 산업상의 이용 가치가 극히 큰 것이다.

본 명세서의 개시 내용은, 이하의 태양을 포함한다.

태양 1:

규소(A)와 텅스텐(B)과 지방산의 알칼리 금속염(C)을 포함하고, (B)/(A)의 건조 질량비가 1.3∼18의 범위이며, (C)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0.14∼2.0의 범위이고, 인을 포함하지 않는 윤활 피막을 표면에 갖는 것을 특징으로 하는 강선재.

태양 2:

상기 규소가 수용성 규산염 유래이고, 또한 상기 텅스텐이 수용성 텅스텐산염 유래인 태양 1에 기재된 강선재.

태양 3:

상기 규소가 규산 리튬, 규산 나트륨, 및 규산 칼륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상에서 유래하고, 또한 상기 텅스텐이 텅스텐산 리튬, 텅스텐산 나트륨, 텅스텐산 칼륨, 및 텅스텐산 암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상에서 유래하는 태양 1 또는 2에 기재된 강선재.

태양 4:

상기 윤활 피막이 상기 지방산의 알칼리 금속염(C) 이외의 활제(D)를 추가로 포함하고, {(C)+(D)}/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0.14∼2.0인 태양 1∼3 중 어느 하나에 기재된 강선재.

태양 5:

상기 활제(D)가 왁스, 폴리테트라플루오로에틸렌, 지방산 금속 비누, 지방산 아마이드, 이황화 몰리브데넘, 이황화 텅스텐, 그래파이트, 및 멜라민 사이아누레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 태양 4에 기재된 강선재.

태양 6:

상기 윤활 피막이 수지(E)를 추가로 포함하고, (E)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0 초과 1.4 이하인 태양 1∼5 중 어느 하나에 기재된 강선재.

태양 7:

상기 수지(E)가 바이닐 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 유레테인 수지, 페놀 수지, 셀룰로스 유도체, 폴리말레산, 및 폴리에스터 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 태양 6에 기재된 강선재.

태양 8:

상기 윤활 피막의 단위 면적당의 피막 질량이 1.0∼20g/m²인 태양 1∼7 중 어느 하나에 기재된 강선재.

본 출원은, 출원일이 2015년 9월 30일인 일본 특허출원, 특원 제2015-195149호 및 출원일이 2016년 6월 20일인 일본 특허출원, 특원 제2016-121490호를 기초 출원으로 하는 우선권 주장을 수반한다. 특원 제2015-195149호 및 특원 제2016-121490호는 참조하는 것에 의해 본 명세서에 원용된다.

Claims

규소(A)와 텅스텐(B)과 지방산의 알칼리 금속염(C)을 포함하고, (B)/(A)의 건조 질량비가 1.3∼18의 범위이며, (C)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0.14∼2.0의 범위이고, 인을 포함하지 않는 윤활 피막을 표면에 갖는 것을 특징으로 하는 강선재.
제 1 항에 있어서,
상기 규소가 수용성 규산염 유래이고, 또한 상기 텅스텐이 수용성 텅스텐산염 유래인 강선재.
제 1 항에 있어서,
상기 규소가 규산 리튬, 규산 나트륨, 및 규산 칼륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상에서 유래하고, 또한 상기 텅스텐이 텅스텐산 리튬, 텅스텐산 나트륨, 텅스텐산 칼륨, 및 텅스텐산 암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상에서 유래하는 강선재.
제 1 항에 있어서,
상기 윤활 피막이 상기 지방산의 알칼리 금속염(C) 이외의 활제(D)를 추가로 포함하고, {(C)+(D)}/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0.14∼2.0인 강선재.
제 4 항에 있어서,
상기 활제(D)가 왁스, 폴리테트라플루오로에틸렌, 지방산 금속 비누, 지방산 아마이드, 이황화 몰리브데넘, 이황화 텅스텐, 그래파이트, 및 멜라민 사이아누레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 강선재.
제 1 항에 있어서,
상기 윤활 피막이 수지(E)를 추가로 포함하고, (E)/{(A)+(B)}의 건조 질량비가 0 초과 1.4 이하인 강선재.
제 6 항에 있어서,
상기 수지(E)가 바이닐 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 유레테인 수지, 페놀 수지, 셀룰로스 유도체, 폴리말레산, 및 폴리에스터 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 강선재.
제 1 항에 있어서,
상기 윤활 피막의 단위 면적당의 피막 질량이 1.0∼20g/m²인 강선재.