WO2015146943A1 - 鋼線材の連続表面処理方法 - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical 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
    • C23C22/78—Pretreatment of the material to be coated

Definitions

  • the present invention relates to a continuous surface treatment method for steel wires.
  • a phosphate coating treatment is performed on a hot-worked steel wire so that cold working such as wire drawing or forging is smoothly performed.
  • a steel wire is immersed in a coating solution tank in which a phosphate solution is stored to form a coating on the surface of the wire. Is done. That is, the steel wire material to be subjected to the phosphate coating treatment is first immersed in a pickling tank while being wound in a coiled state, and the acid washing in this pickling tank forms a phosphate coating. A disturbing scale is removed (descaled) from the surface of the steel wire.
  • the descaled steel wire coil is immersed in a coating solution tank, and a phosphate coating treatment is performed in this coating solution tank.
  • This in-line method performs physical descaling using shot blasting etc. on the steel wire unwound from the coil first, and then passes it into the coating liquid tank to form a coating. It is possible to effectively suppress processing unevenness that is a problem in the method.
  • the phosphate coating is formed by a chemical conversion reaction, there is a problem that the processing time is long and a large facility space is required to increase the linear velocity and increase the production capacity.
  • Patent Documents 1 to 3 In order to solve such a problem of inline processing, technologies as shown in Patent Documents 1 to 3 have been developed.
  • Patent Document 1 the wire wire is blasted with iron / zinc particles, an iron / zinc alloy layer is formed on the surface of the wire, and then a phosphate coating is formed, thereby improving the wire speed of the steel wire.
  • a technique that can be performed is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a technique that enables a crystal refinement of a phosphate coating by performing a pre-treatment before a phosphate coating using a specific surface conditioning pre-treatment liquid.
  • the pretreatment liquid contains Mn phosphate particles having a particle size of 5 ⁇ m or less at a concentration of at least 0.001 to 30 g / L, contains an alkali metal salt or an ammonium salt, or a mixture thereof, and
  • the pH of the pretreatment liquid is adjusted to 4-13.
  • Patent Document 3 instead of blasting or a surface conditioner, abrasive grains are projected onto a wire together with water with an ultra-high pressure water jet to form a suitable steel wire surface shape, and phosphate in a short time.
  • a steel surface treatment method for forming a film has been proposed.
  • Patent Documents 1 to 3 have the following problems.
  • Patent Document 1 Since the technique described in Patent Document 1 includes descaling using special grains such as iron and zinc grains, there is a drawback that the processing cost is significantly increased.
  • JP-A-62-207512 JP 2003-160882 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-80772
  • the present invention provides a continuous surface treatment method for a steel wire, which can form a phosphate coating on a steel wire in a short time with low cost and high productivity while suppressing deformation of the surface of the steel wire. For the purpose.
  • the continuous surface treatment method of the present invention is performed on a production line 1 (drawing line or forging line) that performs cold working such as wire drawing on a steel wire rod (strip wire) W. It is.
  • a lubricant base is provided on the surface of the steel wire W.
  • the continuous surface treatment method of this embodiment includes an unwinding step P1, a straightening step P2, a descaling step P3, a preheating (wire preheating) step P4, A coating process P5, the lubrication process P6, a drying process P7, a wire drawing process P8, and a winding process P9 are included.
  • the unwinding step P1 the steel wire W is unwound from the coil of the supply stand 2.
  • the steel wire W unwound in the unwinding step P1 is straightened by the straightening machine 3.
  • the descaling step P3 the scale adhering to the surface of the steel wire W is removed.
  • the steel wire W after descaling is preheated.
  • the coating treatment P5 the preheated steel wire W is immersed in a coating solution tank, and a phosphate coating is formed on the surface of the steel wire here.
  • a lubricant such as metal soap is applied to the steel wire after the coating treatment so as to cover the coating. This lubricant forms a necessary lubrication state between the surface of the steel wire W and the die when cold working is performed in the subsequent drawing step P8.
  • the steel wire W after being subjected to cold working such as wire drawing in this way is wound up.
  • the preheating step P4 between the descaling step P3 and the coating treatment step P5 may be omitted according to the specifications. Further, when the lubricant used in the lubrication treatment step P6 is liquid, for example, a drying step P7 for drying the lubricant may be performed between the lubrication treatment step P6 and the wire drawing step P8.
  • the steel wire W treated 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. .
  • the steel wire W is wound as a coil after the rolling. After the rolling, in order to adjust the structure and mechanical characteristics of the steel wire W, the steel wire W may be subjected to heat treatment such as annealing in a batch furnace or a continuous furnace.
  • the steel wire W is unwound in a line from the coil of the steel wire W arranged 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 steel wire W is unwound so as to be pulled out above the coil or downstream of the production line, or the steel wire W is wound while rotating the coil itself in a horizontal plane. Is done by
  • the curl of the steel wire W is straightened using the straightening machine 3.
  • the straightening machine 3 includes a plurality of straightening rolls 4, and these straightening rolls 4 forcibly cancel the curl of the steel wire W unwound from the supply stand 2. Specifically, the steel wire W wound in a coil after hot rolling passes through the plurality of straightening rolls 4 in order, so that the winding of the steel wire W is eliminated.
  • the steel wire straightened by the straightening machine 3 is supplied to the next descaling step P3.
  • the scale is removed from the surface of the steel wire W straightened by the straightening machine 3.
  • the scale on the surface is removed by wet blasting in which a slurry containing grit-like abrasive particles is sprayed on the surface of the steel wire W. Details of the descaling step P3 will be described later.
  • the steel wire W after being descaled is preheated before the phosphate coating treatment.
  • the preheating is performed by, for example, spraying heated water or steam on the steel wire W from which the scale has been removed, or directly heating the steel wire by high-frequency induction heating or the like. W is preheated to a temperature comparable to that for the phosphate coating treatment.
  • This preheating promotes a chemical conversion reaction in forming the phosphate coating after the preheating, and enables an increase in the formation rate of the phosphate coating. Details of this preheating will be described later.
  • a phosphate coating is formed on the surface of the steel wire W by immersing the steel wire W in the phosphate coating solution.
  • the coating film serves as a carrier that draws the lubricant into the die in the cold working such as wire drawing, and is formed as an underlayer such as lime soap or metal soap used as the lubricant.
  • the phosphate coating is formed by a chemical reaction, and the chemical reaction is promoted as the processing temperature increases. Therefore, it is preferable that not only the steel wire W but also the coating solution is preheated to about 60 ° C. to 80 ° C., which is the same temperature as the wire preheating temperature. Since the etching reaction is promoted by increasing the total acidity, it is considered that the coating reaction is also promoted. Therefore, increasing the total acidity is effective as a means for shortening the coating treatment time.
  • a lubricant containing metal soap such as lime soap is applied to the surface of the steel wire W coated with the phosphate coating in the coating treatment step P5 so as to cover the coating. It is done.
  • the lubricant is liquid, the lubricant is preferably dried in the next drying step P7.
  • cold working represented by the wire drawing process P8 is performed on the steel wire W coated with the lubricant by the processing machine (the wire drawing machine 5 in the wire drawing process P8).
  • the coating of the steel wire W with the lubricant makes it possible to cold work while lubricating the steel wire W, and allows the steel wire to be processed smoothly.
  • This continuous surface treatment method includes the descaling step P3 as a pretreatment of the coating treatment step P5, and a slurry containing grit-like abrasive particles with respect to the surface of the steel wire W in the descaling step P3. It is characterized by injecting.
  • the preheating step P4 is preferably performed before the coating treatment step P5 as described above.
  • the scaling step P3 and the preheating step P4 make it possible to form a phosphate coating on the surface of the steel wire W in a short time and with high productivity while suppressing deformation of the surface of the steel wire W. Details thereof will be described below.
  • the descaling step P3 includes, as described above, removing the scale using wet blasting that sprays slurry containing grit-like abrasive particles.
  • a slurry which is a mixture of water and hard particles, is sprayed from a plurality of nozzles toward a target with high-pressure air, whereby the slurry is made to collide with the surface of the steel wire W.
  • the scale of the surface of the steel wire W is scraped off.
  • the plurality of nozzles are respectively arranged at a plurality of positions arranged in the circumferential direction, preferably at three or more positions.
  • 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. It is preferable that the positions of the nozzles are dispersed in the steel wire conveying direction so that the injection regions of the nozzles do not interfere with each other.
  • 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.
  • the nozzles are alternately distributed to the left and right along the circumferential direction when viewed along the axis of the steel wire.
  • the slurry is injected at an injection pressure of 0.2 MPa or more and 0.6 MPa or less, for example.
  • An injection pressure of 0.2 MPa or more enables formation of a new surface as described below.
  • the injection pressure of 0.6 MPa or less makes the suppression of processing defects such as cracking of the steel wire rod and die seizure more remarkable than the processing at a higher injection pressure.
  • This method is characterized in that the slurry described above contains 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 1 ⁇ 2 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.
  • the “new surface” refers to a surface on which the scale and the surface layer of the old metal wire W are scraped by spraying the slurry, and a new portion of the metal wire W on the lower side appears.
  • the type of metal constituting the grit-like abrasive particles is not limited. From the viewpoint of processing efficiency of descaling, it is preferable that the metal is selected so as to constitute particles having a hardness higher than the hardness of the steel wire to be processed. Specifically, for the grit-like abrasive particles, steel or stainless steel having excellent toughness is preferably used from the viewpoint of preventing sticking residue on the surface of the steel wire.
  • preheating For example, if the temperature at which the steel wire is heated in preheating is less than 60 ° C., the effect of preheating is reduced and the formation of the phosphate coating becomes insufficient. On the other hand, preheating at a temperature exceeding 80 ° C. excessively increases the temperature of the phosphate coating solution, causing hydrolysis or altering the coating treatment solution. On the contrary, it is not preferable from the aspect.
  • a continuous surface treatment method for a steel wire capable of forming a phosphate coating on a steel wire in a short time with low cost and high productivity without causing significant work alteration on the surface of the steel wire.
  • This method is a method for continuously treating the surface of a steel wire before being cold worked, a step of continuously forming a phosphate coating on the steel wire, and the phosphate coating.
  • a descaling step of generating a new surface on the surface of the steel wire by injecting a slurry containing grit-like abrasive particles onto the surface of the steel wire before the formation of.
  • the use of the grit-like abrasive particles promotes a chemical conversion reaction in the subsequent phosphate coating process by generating a new surface on the surface of the steel wire by fine surface cutting by the corners of the grit-like abrasive particles. This makes it possible to obtain a phosphate coating in a short time.
  • the formation of the phosphate coating is promoted by performing wet blasting while keeping the spray pressure of the slurry within an appropriate range, for example, the range of 0.2 MPa to 0.6 MPa. Accordingly, the work-affected layer generated on the surface of the steel wire, the work hardening amount on the surface of the steel wire, the work hardening depth, and the like can be reduced.
  • the temperature of the steel wire rod is adjusted to a phosphate coating liquid by the preheating step.
  • the temperature can be close to, for example, a temperature of 60 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, thereby promoting the chemical conversion reaction when forming the phosphate coating. Therefore, it becomes possible to form a phosphate coating on the steel wire in a shorter time with high productivity.
  • the examples and comparative examples are all based on experiments in which spheroidizing annealing, continuous surface treatment, wire drawing, and forging are performed in this order on a steel wire ( ⁇ 11.0 mm) made of steel (SUJ2).
  • the continuous surface treatment includes descaling by wet blasting, preheating, phosphate coating treatment, lubrication with lime soap, and drying.
  • Table 1 shows the results of the experiment described above.
  • Table 1 among the symbols indicating “drawing results” and “forging results”, “ ⁇ ” indicates that seizure or cracks occurred immediately, and “ ⁇ ” indicates that there was no seizure or cracks and cold working was possible. “ ⁇ ” indicates that the seizure does not occur, but the life of the die is slightly shortened or a sign of seizure is observed.
  • the present inventors confirmed that the steel wire after the treatment has sufficient performance when neither the “drawing result” nor the “forging result” has x, and this is a preferred embodiment. However, a case where only one of them is not x is treated as an embodiment corresponding to this.
  • the coating amount of Experimental Examples 1 to 3 using spherical abrasive particles for descaling is 2.7 g / m 2 to 3.2 g / m 2 .
  • examples 4 and 5 were used grit shaped abrasive particles, coating adhesion amount 5.0 g / m 2, has a 5.2 g / m 2, the amount of coating deposition is increased significantly I understand that. From this, it can be seen that productivity can be significantly improved by using grit-like abrasive grains (abrasive particles) for descaling.
  • embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points.
  • matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.

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Abstract

　鋼線材の表面に著しい加工変質をもたらすことなく、鋼線材に対して短時間で生産性良くリン酸塩被膜を形成することを可能にする方法が提供される。この方法は、冷間加工される前の鋼線材に連続してリン酸塩被膜を形成する工程と、リン酸塩被膜の形成の前に、鋼線材に対してグリット状の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に新生面を形成するデスケーリング工程と、を含む。この方法は、より好ましくは、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鋼線材を予熱する予熱工程を、さらに含む。

Description

鋼線材の連続表面処理方法
　本発明は、鋼線材の連続表面処理方法に関する。
　従来より、伸線加工や圧造加工などの冷間加工が円滑に行われるように、熱間加工された鋼線材に対してはリン酸塩被膜処理が行われる。このリン酸塩被膜処理は、鋼線材をリン酸塩の溶液が貯留された被覆液槽に浸漬させて線材表面に被膜を形成するものであり、一般にはコイル状態のままバッチ方式で線材が処理される。つまり、リン酸塩被膜処理が施されるべき鋼線材は、コイル状態に巻き取られたまま、まず酸洗槽に浸漬され、この酸洗槽での酸洗浄により、リン酸塩被膜の形成に邪魔となるスケールが前記鋼線材の表面から除去（デスケーリング）される。デスケーリングされた鋼線材のコイルは被覆液槽に浸漬させられ、この被覆液槽でリン酸塩被膜処理が行われる。
　このようなバッチ方式の処理は、大量生産が可能で処理コストも低廉であるという長所を有する反面、大量の廃液の処理を要するという問題や、線材と線材が接触している部分には酸洗液や被膜液が入り込まず酸洗や被膜の処理ムラが発生するといった問題を有している。上記の問題点を解決する方法として、ストランド状態の鋼線材に対して連続的に、デスケーリング、被膜処理、冷間加工などを行うインライン方式が検討されている。
　このインライン方式は、コイルから巻き出された鋼線材に対して、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まず行い、その後に被覆液槽内に通過させ被膜を形成するものであり、バッチ方式で問題となる処理ムラなどを効果的に抑制することができる。しかし、リン酸塩被膜は化成反応により形成されるために、処理時間が長く、線速を高めて生産能力を高めるには、大きな設備スペースが必要となるといった問題がある。
　このようなインライン方式の処理の問題を解決するために、特許文献１～特許文献３に示すような技術が開発されている。
　特許文献１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２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３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。
　しかし、前記各特許文献１～３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２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３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では、砥粒及び水の噴射圧を高くするにつれて鋼線材の表面の加工変質が著しくなる。当該加工変質が顕著であるほど、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高くなる。
特開昭６２－２０７５１２号公報 特開２００３－１６０８８２号公報 特開平７－８０７７２号公報
　本発明は、鋼線材の表面の加工変質を抑えながら、低いコスト及び高い生産性をもって鋼線材に対して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を目的とする。
　提供されるのは、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工程と、このリン酸塩被膜の形成の前に前記鋼線材の表面に対してグリット状の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新生面を生成するデスケーリング工程と、を含む。
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。
　図１に示すように、本発明の連続表面処理方法は、鋼線材（条鋼線材）Ｗに対して伸線などの冷間加工を行う製造ライン１（伸線ラインや圧造ライン）で行われるものである。具体的には、本実施形態の連続表面処理方法は、伸線加工の際にダイス５と鋼線材Ｗとの間に潤滑を確保するため、前記鋼線材Ｗ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工程Ｐ５と、潤滑性を高めるために上記リン酸塩被膜の上にこれを被覆するように金属石けんなどを含む潤滑剤を付与する循環工程Ｐ６と、を含む。
　より詳しく説明すれば、図１に示すように、本実施形態の連続表面処理方法は、巻出し工程Ｐ１と、矯正工程Ｐ２と、デスケーリング工程Ｐ３と、予熱（線材予熱）工程Ｐ４と、前記被膜処理Ｐ５と、前記潤滑処理工程Ｐ６と、乾燥工程Ｐ７と、伸線工程Ｐ８と、巻取り工程Ｐ９と、を含む。前記巻出し工程Ｐ１では、サプライスタンド２のコイルから鋼線材Ｗが巻き出される。前記強制工程Ｐ２では、前記巻出し工程Ｐ１で巻き出された鋼線材Ｗが矯正機３により直線状に矯正される。前記デスケーリング工程Ｐ３では、前記鋼線材Ｗの表面に付着するスケールが除去される。前記線材予熱工程Ｐ４では、デスケーリング後の鋼線材Ｗの予熱が行われる。前記被膜処理Ｐ５では、前記予熱後の鋼線材Ｗが被覆液槽に浸漬され、ここで当該鋼線材の表面にリン酸塩被膜が形成される。前記潤滑処理工程Ｐ６では、被膜処理後の鋼線材に対して前記被膜を被覆するように金属石けんなどの潤滑剤が付与される。この潤滑剤は、その後段の伸線工程Ｐ８において冷間加工が行われる際に、鋼線材Ｗの表面とダイスとの間に必要な潤滑状態を形成する。巻取り工程Ｐ９では、このようにして伸線などの冷間加工が施された後の鋼線材Ｗが巻き取られる。
　前記デスケーリング工程Ｐ３と前記被膜処理工程Ｐ５との間の前記予熱工程Ｐ４は、仕様に応じて省略されてもよい。また、潤滑処理工程Ｐ６で用いられる潤滑剤が液体の場合、当該潤滑処理工程Ｐ６と前記伸線工程Ｐ８との間で、例えば、前記潤滑剤を乾燥させる乾燥工程Ｐ７が行われてもよい。
　次に、前記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の内容について説明する。
　本実施形態の連続表面処理方法で処理される鋼線材Ｗ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Ｗは、前記圧延後にコイルとして巻き取られている。前記圧延後、鋼線材Ｗの組織や機械的特性などを調整するために、当該鋼線材Ｗ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。
　前記巻出し工程Ｐ２では、サプライスタンド２に配置された鋼線材Ｗのコイルから当該鋼線材Ｗがライン状に巻き出される。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Ｗの巻出しは、例えば、当該鋼線材Ｗ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こと、あるいは、コイル自体を水平面内に回転させながら鋼線材Ｗを巻き出すこと、により行われる。
　前記矯正工程Ｐ３では、矯正機３を用いて前記鋼線材Ｗの巻き癖が矯正される。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Ｗの巻き癖を解消させる強制を行う。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Ｗが前記複数の矯正ロール４を順番に通過することにより、当該鋼線材Ｗの巻き癖が解消される。矯正機３で直線状に矯正された鋼線材は、次のデスケーリング工程Ｐ３に供される。
　前記デスケーリング工程Ｐ３では、矯正機３で直線状に矯正された鋼線材Ｗの表面からスケールが取り除かれる。本実施形態においては、前記鋼線材Ｗの表面にグリット状の研磨粒子を含むスラリーを噴射するウェットブラストによって当該表面上のスケールの除去が行われる。このデスケーリング工程Ｐ３の詳細は後述する。
　前記予熱工程Ｐ４では、デスケーリングされた後の鋼線材Ｗが、リン酸塩被膜処理の前に予熱される。当該予熱は、例えば、スケールが除去された鋼線材Ｗに対して加熱された水や蒸気を吹き付けること、あるいは高周波誘導加熱などによって鋼線材を直接加熱すること、により行われ、これにより、鋼線材Ｗはリン酸塩被膜処理のための温度と同程度の温度まで予熱される。この予熱は、当該予熱の後にリン酸塩被膜を形成する際の化成反応を促進し、当該リン酸塩被膜の形成速度の増加を可能にする。この予熱の詳細も後ほど述べる。
　前記被膜処理工程Ｐ５では、リン酸塩被膜液への鋼線材Ｗの浸漬により、当該鋼線材Ｗの表面にリン酸塩被膜が形成される。当該被膜は、上記した伸線など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ーの役目を担い、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。
　リン酸塩被膜は、化学反応により形成され、処理温度が高いほど当該化学反応が促進される。従って、鋼線材Ｗのみならず被膜処理液も線材予熱の温度と同程度の温度である６０°Ｃ～８０°Ｃ程度まで予熱されるのが好ましい。全酸度を高くすることでエッチング反応が促進されるため、被膜反応も促進されると考えられる。よって全酸度を高くすることは被膜処理時間短縮化の手段として有効である。
　前記潤滑処理工程Ｐ６では、前記被膜処理工程Ｐ５においてリン酸塩被膜により被覆された鋼線材Ｗの表面に対して、石灰石けんのような金属石鹸を含む潤滑剤が当該被膜を被覆するように与えられる。当該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の乾燥が行われるのが好ましい。このように潤滑剤により被覆された鋼線材Ｗに対して、伸線工程Ｐ８に代表される冷間加工が加工機（伸線工程Ｐ８では伸線機５）によって行われる。前記潤滑剤による前記鋼線材Ｗの被覆は、当該鋼線材Ｗを潤滑しつつ冷間加工することを可能にし、鋼線材の加工をスムーズに行うことを可能にする。
　この連続表面処理方法は、前記被膜処理工程Ｐ５の前処理として、前記デスケーリング工程Ｐ３を含み、かつ、このデスケーリング工程Ｐ３において、鋼線材Ｗの表面に対してグリット状の研磨粒子を含むスラリーを噴射することを特徴としている。前記被膜処理工程Ｐ５の前に前記予熱工程Ｐ４を行うのが好ましいのは、前述したとおりである。前記スケーリング工程Ｐ３や予熱工程Ｐ４は、前記鋼線材Ｗの表面の加工変質を抑えつつ、鋼線材Ｗの表面に短時間で生産性良くリン酸塩被膜を形成することを可能にする。その詳細を以下に説明する。
　前記デスケーリング工程Ｐ３は、前記のように、グリット状の研磨粒子を含むスラリーを噴射するウェットブラストを用いてスケールの除去を行うことを含む。前記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し、これにより、当該スラリーを鋼線材Ｗの表面に衝突させて当該鋼線材Ｗの表面のスケールを削りとるものである。
　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）に配置され、または螺旋状に配置されるのが、好ましい。
　前記ウェットブラストでは、スラリーの噴射圧を適当な範囲に収めることにより、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可能であり、この場合には、ショットブラストやウォータージェット（噴射圧１００ＭＰａ程度）と比較して対象物へのダメージを与えにくい。具体的に、液体を用いない乾式のショットブラストを行った場合や、水は用いていても非常に高いエアの圧力でウォータージェットを行った場合では、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、水と硬質粒子との混合物であるスラリーを適当な噴射圧で鋼線材に吹き付けるウェットブラストを行うと、ショットブラストや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を可能にし、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を可能にする。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。
　具体的に、前記スラリーは、例えば、０．２ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下の噴射圧で噴射されることが、好ましい。０．２ＭＰａ以上の噴射圧は、後述のような新生面の形成を可能にする。また、０．６ＭＰａ以下の噴射圧は、それよりも高い噴射圧での処理に比べ、鋼線材の割れやダイスの焼付きなどの加工不良の抑制をより顕著にする。
　この方法は、上述したスラリーがグリット状の研磨粒子を含むという特徴を有する。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もつ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、大きく形状が異なるものである。
　このようなグリット状の研磨粒子を用いると、前記のようにウォータージェットよりも低い噴射圧でスラリーを噴射するウェットブラストであっても、鋼線材の表面に多数の凹凸を形成することができる。さらに、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新生面が得られるため、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、短時間でリン酸塩被膜を得ることができる。換言すれば、前記スラリーにおける前記グリッド状の研磨粒子の含有率は、前記金属線材Ｗの表面への前記スラリーの噴射によって当該表面に前記新生面を生成することが可能となる程度に設定されればよい。ここで、「新生面」とは、前記スラリーの噴射によって前記スケール及び古い金属線材Ｗの表層が削られてその下側の金属線材Ｗの新しい部分が現れた表面をいう。
　前記グリット状の研磨粒子を構成する金属の種類は限定されない。デスケーリング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構成するように前記金属が選定されることが好ましい。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は用いられる。
　一方、前記「予熱工程」では、リン酸塩被膜処理に用いるリン酸塩被覆液に近い温度まで鋼線材を予熱することで、リン酸塩被膜を形成する際の化成反応が促進されるので、この予熱の処理条件も連続表面処理の効率に大きく影響する。
　例えば、予熱において鋼線材を加熱する温度が６０°Ｃ未満であると、予熱の効果が小さくなって、リン酸塩被膜の形成が不十分となる。逆に、８０°Ｃを超える温度での予熱は、リン酸塩被覆液の液温を過度に上昇させて、加水分解を起こしたり、被膜処理液を変質させたりするため、生産性やコストの面から逆に好ましくない。
　なお、ウェットブラストで湿れた状態になっている鋼線材を予熱のために乾燥状態にすると、予熱時に鋼線材の表面に酸化被膜が形成され、リン酸塩被膜の形成処理で反応の阻害が起きる可能性がある。しかし、８０°Ｃ以下の低温度での予熱を６０秒を超えない時間でのみ行う場合は、その予熱中に酸化被膜が大きな厚みを有する至るまで形成されることは殆どない。そのため、予熱中に生成した酸化被膜がその後のリン酸塩被膜の形成の際に前記反応による阻害を生じさせることはなく、よって、予熱により化成反応が促進されるという優れた効果を得ることが可能となる。
　以上のように、鋼線材の表面に著しい加工変質をもたらすことなく、低いコスト及び高い生産性をもって鋼線材に対して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が提供される。この方法は、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工程と、このリン酸塩被膜の形成の前に前記鋼線材の表面に対してグリット状の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新生面を生成するデスケーリング工程と、を含む。
　前記グリット状の研磨粒子の使用は、当該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る、鋼線材の表面での新生面の生成により、後に続くリン酸塩被膜処理における化成反応を促進し、短時間でリン酸塩被膜を得ることを可能にする。
　従って、この連続表面処理方法では、前記スラリーの噴射圧を適当な範囲、例えば０．２ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下の範囲、に収めながらウェットブラストを行って前記リン酸塩被膜の形成を促進することも可能であり、これにより、鋼線材の表面に生成する加工変質層や鋼線材表面の加工硬化量、加工硬化深さなどを小さくすることができる。
　さらに、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含む場合には、当該予熱工程により、前記鋼線材の温度をリン酸塩被覆液に近い温度、例えば６０°Ｃ以上８０°Ｃ以下の温度、に近づけることができ、これにより、リン酸塩被膜を形成する際の化成反応を促進することができる。そのため、鋼線材に対してより短時間で生産性良くリン酸塩被膜を形成することが可能となる。
　次に、実施例及び比較例を参照することにより、前記連続表面処理方法の作用効果をさらに詳しく説明する。
　前記実施例及び比較例は、いずれも、鋼（ＳＵＪ２）製の鋼線材（φ１１．０ｍｍ）に対する球状化焼鈍、連続表面処理、伸線、圧造をこれらの順に行う実験に基づく。前記連続表面処理は、ウェットブラストによるデスケーリング、予熱、リン酸塩被膜処理、石灰石けんを用いた潤滑、及び乾燥を含む。
　前記実験の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：Ｆｅ３Ｏ４（６０％）、Ｆｅ２Ｏ３（４０％）
　厚み：２μｍ
（２）ウェットブラストについて
　使用される装置：マコー（株）製汎用ウェットブラスト装置
　研磨材：ＶＵＬＫＡＮ　ＩＮＯＸ　ＧｍｂＨ．製　ＧＲＩＴＴＡＬ　ＧＨ１０
　平均砥粒半径：０．１１３μｍ
　エア圧力：０．４Ｍｐａ
　線材とノズル角度：９０°Ｃ付近 
　線材とノズルの距離：１００ｍｍ
　スラリー中の砥粒濃度：１５％
（３）予熱について
　使用する熱媒体：温水（４０～８０°Ｃ）
　処理時間：６０ｓ
（４）リン酸塩被膜について
　使用されるリン酸塩処理剤：日本パーカライジングＰＢ－３６７０Ｘ
　全酸度：９０ｐｔ※
　被膜液温度：４０°Ｃ～８０°Ｃ
　処理時間：１０ｓ
　※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を中和するのに要する０．１ＮのＮａＯＨのｍｌ数のことである。 
（５）潤滑について
　使用される石灰石けん：井上石灰工業ＭＡＣ－Ａ２０
　処理温度：４０°Ｃ～８０°Ｃ
　処理時間１０ｓ
（６）その他
　伸線の減面率：１２％（φ１１ｍｍ→φ１０．３ｍｍ） 
　圧造：前方押し出し加工、減面率５０％
　上述した実験の結果を表１に示す。表１において「伸線結果」や 「圧造結果」を示す記号のうち、「×」はすぐに焼き付きや割れが発生したこと、「○」は焼き付きや割れがなく冷間加工が可能であったこと、「△」は焼き付きが生じないが、ダイスの寿命が若干短くなったり、焼き付きの兆候が見られたりしたこと、を示す。本発明者らは、この実験において「伸線結果」及び「圧造結果」のいずれにも×がない場合に処理後の鋼線が十分な性能を有することを、確認し、これを好ましい実施例、一方のみが×でないものがこれに準ずる実施例として取り扱っている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の実験例１～実験例５に着目すると、デスケーリングに球状の研磨粒子を用いた実験例１～３の被膜付着量が２．７ｇ／ｍ２～３．２ｇ／ｍ２であるのに対し、グリット状の研磨粒子を用いた実験例４、５では、被膜付着量が５．０ｇ／ｍ２、５．２ｇ／ｍ２となっており、被膜付着量が大幅に増加していることが分かる。このことから、デスケーリングにグリット状の砥粒（研磨粒子）を用いることにより、生産性が大幅に向上できることが分かる。
　また、表１の実験例４、実験例５に着目すると、ウォータジェット（ＷＪ）を用いてデスケーリングを行った実験例４と、ウェットブラスト（ＷＢ）を用いてデスケーリングを行った実験例５とでは、被膜付着量はほぼ同じとなっている。ところが、「伸線結果」や「圧造結果」を見ると、ウェットブラスト（ＷＢ）の方がウォータジェット（ＷＪ）より優れた伸線性や圧造性を示している。具体的に、実験例４では、伸線は可能であるのに対して圧造は困難であるが、実験例では伸線及び圧造のいずれについても良好な結果を得るこができる。このことから、適当な噴射圧でのウェットブラストによるデスケーリングは、鋼線材の表面に対する加工変質を抑え、伸線や圧造といった加工性を向上させるという効果をより顕著にすることが分かる。
　一方、表１の実験例６～実験例８に着目すると予熱温度が高いほど被膜付着量が増加し、伸線性と加工性が良くなったことが分かる。予熱温度が４０°Ｃの実験例６での被膜付着量が４．２ｇ／ｍ２であり、圧造後のサンプルに焼き付きの兆候を示す光沢は見られるのに対し、予熱温度がそれぞれ６０°Ｃ及び８０°Ｃである実験例８及び実験例９では被膜付着量が５．０ｇ／ｍ２～６．４ｇ／ｍ２となり圧造後の表面もより好ましい状態となる。このことから、被膜処理に先だって予熱を行うこと、望ましくは６０°Ｃ以上８０°以下の予熱を行うことにより、処理線速を向上させることができ、生産性が大幅に向上できることが分かる。
　加えて、グリット状の砥粒の材質が鋼である実験例８に対して、砥粒の材質がアルミナである実験例９では、被膜付着量はほぼ同じであるのに、ダイス寿命が若干短くなったため、「伸線結果」や 「圧造結果」は△の評価となっている。これは、アルミナは鋼に比べ靱性が劣るため、デスケーリング中に当該アルミナが線材に刺込み残存して、後工程の伸線加工や圧造加工時に焼付きを生じさせたためであると考えられる。このことから、グリット状の砥粒の材質は、靱性の高い鋼がより望ましいと考えられる。
　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。

Claims (3)

  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工程と、 
    　前記リン酸塩被膜の形成の前に前記鋼線材の表面に対してグリット状の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新生面を生成するデスケーリング工程と、を行う、鋼線材の連続表面処理方法。
  2. 　請求項１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１または２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では、０．２ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下の噴射圧で前記スラリーが噴射される、鋼線材の連続表面処理方法。
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