JPH0780772A - 鋼材の表面処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 金属石ケン潤滑皮膜を形成した高品質の鋼材
を得る表面処理方法及びその装置を提供する。 【構成】 鋼材の錆，スケール等を除去した後、リン酸
塩化成処理と、引き続きステアリン酸ナトリウム処理を
する表面処理方法において、超高圧ウォータージェット
に供給する砥粒を、材質が鋼で、硬度を被除錆鋼材の硬
度以上とし、形状を球，回転楕円体等滑らかな表面形状
とし、砥粒子群の平均重量域における代表径を１５０μ
ｍ以下とした砥粒によりデスケーリング４した後、リン
酸塩化成処理８と引き続きステアリン酸ナトリウム処理
１０をする。 【効果】 酸洗による場合と同等またはそれ以上の金属
石ケン潤滑皮膜が短時間で処理され、これをインライン
に適用して縮径伸線ダイスの生産性の向上，省力化とダ
イス寿命の延長を図り得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウォータージェットの
気中高速噴流に砥粒を供給して鋼材のデスケーリングし
た後、リン酸塩化成処理と引き続きステアリン酸ナトリ
ウム処理をする鋼材の表面処理方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼材のリン酸塩処理方法は、塗装下地，
防錆処理や部品加工用潤滑皮膜として広く利用されてい
る。特に冷間鍛造用線材，棒材の素材表面の潤滑処理の
良否は、伸線工程のみならず次工程の冷間鍛造用金型の
寿命や製品品質に重大な影響を与える。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この表面潤滑処理とし
て、リン酸塩皮膜を形成させた後、ステアリン酸ナトリ
ウム等の反応型石ケン処理を施す組合せが良好なものと
して実施されてきており、この例として特公平４−５９
９７２号公報では、伸線に先立って連続的に移動しつつ
ある長尺材へのインライン処理方法が開示されている。

【０００４】しかしこのインライン処理方法では、処理
液の高濃度化を実施しても、通常の伸線工程に組み込む
場合には、伸線速度を制限するか処理装置を長くする必
要があり、この問題を補うために、チタンコロイド等の
反応促進剤を塗布する等してもなお充分な効果が得られ
なかった。

【０００５】しかも高濃度化による処理液消費量の増加
や、頻繁なスラッジ処理の問題および高価な反応促進剤
の使用等経済性，作業性にも問題があった。

【０００６】リン酸塩化成処理前の鋼材の酸化皮膜除去
方法として、酸洗はデスケーリング性が良好で、しかも
鋼材表面に多数の微細な凹凸を形成するため、緻密で密
着性の高いリン酸塩皮膜が得られるとされており、一般
に広く普及しているが、長い処理時間が必要でインライ
ン処理には不向きなこと、および廃酸処理等の公害防止
の観点から問題がある。

【０００７】またリバースベンディング法やショットブ
ラスティング法はインラインで使用可能だが、表面凹凸
が殆ど生じないため反応完了までの時間が長く、しかも
経済性や密着性に問題があった。

【０００８】また湿式ブラスト法は、砥粒が鋼材表面に
刺込む問題があるため、このようなこのような表面処理
前デスケーリング法としては殆ど使用されることはな
い。

【０００９】本発明は上記課題に鑑み、超高圧ウォータ
ージェットと砥粒剤の投射により微細な表面凹凸を形成
させ、リン酸塩化成処理に好適な表面状態として高品質
の表面処理材を得る鋼材の表面処理方法及びその装置を
提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、鋼材の
錆，酸化皮膜等のスケールを除去した後、リン酸塩化成
処理と引き続きステアリン酸ナトリウム処理をする鋼材
の表面処理方法において、超高圧ウォータージェットの
気中高速噴流に供給する砥粒として、材質が鋼で、その
硬度を被除錆鋼材の硬度以上とし、またその形状を球，
回転楕円体またはこれらを結合した滑らかな表面形状と
し、さらにその砥粒子群の平均重量域における代表径を
１５０μｍ以下とした砥粒により鋼材のデスケーリング
した後、リン酸塩化成処理と、引き続きステアリン酸ナ
トリウム処理をすることを特徴とする鋼材の表面処理方
法である。

【００１１】また本発明の装置は、超高圧ウォータージ
ェットの気中高速噴流に砥粒を供給する鋼材のデスケー
リング装置と、リン酸塩化成処理装置と、ステアリン酸
ナトリウム処理装置および伸線用ダイスを鋼材の進行方
向に列設して構成したことを特徴とする鋼材の表面処理
装置である。

【００１２】

【作用】本発明は、従来技術で適用されていた反応促進
剤の塗布などの代わりに、超高圧ウォータージェットの
気中高速噴流に砥粒を供給し、これを移動する鋼材に連
続的に噴射するデスケーリング方法および装置により、
鋼材表面の酸化皮膜を高速で完全に除去するばかりでな
く、無数の微細な表面凹凸を形成させ、リン酸塩化成処
理に好適な表面状態とすることで、反応促進，皮膜緻密
化，高密着化を可能とするものである。

【００１３】更にこのように緻密で高密着性のリン酸塩
皮膜の上にステアリン酸ナトリウムを反応させること
で、必要量の金属石ケン皮膜を極短時間で生成可能とし
たことに基づいている。

【００１４】本発明は、除錆に際してウォータージェッ
トの衝撃力がデスケーリングに効果的な作用を及ぼすと
ともに、気中高速噴流中に砥粒を供給することにより、
密着性の高い酸化皮膜に対しては砥粒が効果的に作用し
て、この酸化皮膜を短時間で且つ完全に除去する。

【００１５】この砥粒による除錆に際して、被除錆鋼材
表面への砥粒剤の刺込みを防止するとともに、表面に所
望の凹凸（粗度）を与えることができるように、特に使
用する砥粒剤の材質，強度，形状，粒度に下記のように
特徴を持たせている。

【００１６】即ち本発明で使用する砥粒としては、 （１）砥粒の材質が鋼で、その硬度を被除錆鋼材の硬度
以上とする。 （２）その砥粒子の形状を球，回転楕円体またはこれら
を結合した滑らかな表面形状とする。 （３）その砥粒子群の平均重量域における代表径を１５
０μｍ以下とする。

【００１７】先ず上記（１）の限定理由について説明す
ると、砥粒を鋼製とすることで被除錆鋼材への異成分の
付着，混入を防止し、また砥粒の硬度を被除錆鋼材の硬
度以上とすることで、砥粒剤の粉化を防止して砥粒の高
寿命化を可能とし、同時に砥粒剤の粉化による砥粒の被
除錆鋼材表面への刺込み残留を防止できる。

【００１８】次に（２）の限定理由について説明する
と、砥粒子の形状を球，回転楕円体またはこれらを結合
した滑らかな表面形状とすることにより、砥粒剤の被除
錆鋼材表面への砥粒の押込み深さｈと、砥粒子の直径ま
たは代表径ｄとの比ｈ／ｄを、刺込み残留が生じない
０．２以下に抑えることができる。このようにしてエメ
リーや川砂等では防止することができない刺込み残留を
防止でき、完全なデスケーリングが可能となる。

【００１９】次に（３）の限定理由について説明する
と、衝突速度を一定として砥粒の直径（寸法）を小さく
していくと、デスケーリング後の鋼材表面に形成される
凹凸個数や凹部面積率が増加し、特に砥粒子群の平均重
量域における代表径を１５０μｍ以下に限定すること
で、凹部面積率，リン酸塩皮膜付着量ともに酸洗並みの
良好な潤滑性が得られる表面凹凸を形成させる事ができ
る。なおここで述べた凹部面積率とは、鋼材表面の凹部
と凸部の比であり、電子顕微鏡写真よりその比を算出す
る。

【００２０】ここで平均重量域における代表径とは、粒
度分析装置を用いるなどして、砥粒子群の直径ｄを実測
し、そのｄの全分布範囲を複数の微小範囲に分割し、微
小範囲毎の中央値をｄ_M とする。更に微小範囲に属する
砥粒子個数ｎを計測して、このｎと先に定めたｄ_M とか
ら下記に示す（１）式数１を用いて平均重量外１を算出
した上で、その平均重量を有する砥粒子が属する微小範
囲のｄ_M をもって平均重量域での代表径と称するもので
ある。

【００２１】

【数１】

【００２２】

【外１】

【００２３】上記（１）式において、 ｄ_M ； 微小範囲毎の中央値 ρ ； 砥粒子密度 ｎ_i ； ｉ番目の微小範囲における砥粒子個数 ｍ ； 微小範囲の分割数 である。

【００２４】この鋼材のデスケーリング方法に使用する
好適な砥粒として、上記（１）〜（３）の条件を最もよ
く満足する材料としては、転炉精錬による製鋼過程で生
成する製鋼ダスト（通常ＯＧダストと呼称される）が最
も好ましい。

【００２５】ＯＧダストは、溶鋼表面のバブルバースト
時に発生する液滴や溶鋼ヒュームを集塵吸引装置により
回収する過程で空冷等による凝固，熱処理するもので、
凝固前の表面張力作用を利用して球，回転楕円体または
これらを結合した滑らかな表面形状に成形できる。回収
したＯＧダストを研磨，洗浄し篩い分けした後、硬度が
不足している場合には更に熱処理加工して砥粒を製造す
る。

【００２６】凹凸個数の増加は、これを起点とするリン
酸塩結晶数を増加させ、短時間で緻密な皮膜生成を可能
とする。また凹部面積率の増加は所謂アンカー効果によ
る密着性の向上をもたらす。更にこのように緻密で高密
着性のリン酸塩皮膜の上にステアリン酸ナトリウムを反
応させることで、必要量の金属石ケン皮膜を短時間で生
成できる。

【００２７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は砥粒噴射方式の超高圧ウォータージェットに
よる鋼材のデスケーリングおよびサイジングラインの一
例を示すブロック図である。

【００２８】図において、被除錆鋼材である鋼線材１
は、サプライスタンド２から巻き戻されて先ず矯正機３
にて伸線および歪み取りが行われ、次いでデスケーリン
グ装置４で除錆が行われる。

【００２９】デスケーリング装置４には、内部を挿通す
る鋼線材１の進行方向および周方向に所定間隔で配置し
たウォータージェットおよび砥粒を噴射するデスケーリ
ングノズル４ａを備え、それぞれ砥粒供給装置５および
ウォータージェット発生ポンプ６より噴射ノズル４ａに
砥粒および超高圧水が供給され、鋼線材１の除錆が行わ
れる。なおケーシングの底部に溜まった砥粒は再び砥粒
供給装置５に戻され、分別のうえ再使用される。

【００３０】除錆された鋼線材１は、引き続き鋼材予熱
装置７で８０〜１００℃程度に予熱され、続いてリン酸
塩化成処理装置８にて表面にリン酸亜鉛化成処理と，続
いて洗浄装置９にて洗浄され、ステアリン酸ナトリウム
処理装置１０にて前記のリン酸亜鉛皮膜上にステアリン
酸亜鉛を付着させ、必要量の金属石ケン皮膜を生成させ
る。

【００３１】続いてエアパージ装置１１にてパージ後、
乾燥装置１２にて乾燥され、伸線ダイス１３にて所定の
径にサイジングされ、巻取装置１４に巻き取られる。こ
のように超高圧ウォータージェットと砥粒噴射により除
錆後、リン酸塩化成処理と、引き続きステアリン酸ナト
リウム処理を行うことにより、鋼線材１表面に充分な金
属石ケン潤滑皮膜を生成させることができ、伸線ダイス
１３による縮径伸線が円滑に行われる。

【００３２】表１は、それぞれのデスケーリング方法に
より防錆後の表面にリン酸塩化成処理を行い、リン酸亜
鉛付着量を比較した結果を示し、この結果によれば、超
高圧ウォータージェット法により平均重量域における代
表径を１５０μｍ以下とした場合は、鋼材表面の凹部面
積率，リン酸亜鉛付着量共に酸洗によりデスケーリング
した場合と同等またはそれ以上の値を示した。

【００３３】この場合のウォータージェットの供給圧力
は２０００ｋｇ／ｃｍ² ，砥粒濃度は６０〜６５ｗｔ
％，スラリー供給量は１ノズル当たり２．５リットル／
ｍｉｎ，ノズルセット数は１０セットで試験を行った。

【００３４】表２は、従来のショットブラスト法と本発
明例によるそれぞれのデスケーリングを行った後、リン
酸塩化成処理と引き続きステアリン酸ナトリウム処理を
行って、両者のリン酸亜鉛，ステアリン酸亜鉛の付着量
を比較した結果を示し、この結果によれば、本発明例の
場合は全ての比較項目について従来例よりも優れた結果
を示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の表面処理方
法及びその装置によれば、酸洗による場合と同等または
それ以上のリン酸塩皮膜および金属石ケン潤滑皮膜が、
短時間で処理されて高品質の表面処理材を得ることが可
能となり、また従来懸案であったデスケーリングおよび
サイジングのインラインの適用も可能となり、さらにサ
イジングラインに設置される縮径伸線ダイスの生産性の
向上，省力化とともにダイス寿命の延長を図り得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示し、砥粒噴射方式のウォー
タージェットによる鋼線材のデスケーリングおよびサイ
ジングラインの一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 被除錆鋼材である鋼線材 ２ サプライスタンド ３ 矯正機 ４ デスケーリング装置 ４ａ デスケーリングノズル ５ 砥粒供給装置 ６ ウォータージェット発生ポンプ ７ 予熱装置 ８ リン酸塩化成処理装置 ９ 洗浄装置 １０ ステアリン酸ナトリウム処理装置 １１ エアパージ装置 １２ 乾燥装置 １３ 伸線ダイス １４ 巻取装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼材の錆，酸化皮膜等のスケールを除去
   した後、リン酸塩化成処理と引き続きステアリン酸ナト
   リウム処理をする鋼材の表面処理方法において、超高圧
   ウォータージェットの気中高速噴流に供給する砥粒とし
   て、材質が鋼で、その硬度を被除錆鋼材の硬度以上と
   し、またその形状を球，回転楕円体またはこれらを結合
   した滑らかな表面形状とし、さらにその砥粒子群の平均
   重量域における代表径を１５０μｍ以下とした砥粒によ
   り鋼材のデスケーリングした後、リン酸塩化成処理と、
   引き続きステアリン酸ナトリウム処理をすることを特徴
   とする鋼材の表面処理方法。
2. 【請求項２】 超高圧ウォータージェットの気中高速噴
   流に砥粒を供給する鋼材のデスケーリング装置と、リン
   酸塩化成処理装置と、ステアリン酸ナトリウム処理装置
   および伸線用ダイスを鋼材の進行方向に列設して構成し
   たことを特徴とする鋼材の表面処理装置。