JPH0941172A - 金属材の燐酸塩皮膜の除去方法 - Google Patents

金属材の燐酸塩皮膜の除去方法

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JPH0941172A
JPH0941172A JP19958895A JP19958895A JPH0941172A JP H0941172 A JPH0941172 A JP H0941172A JP 19958895 A JP19958895 A JP 19958895A JP 19958895 A JP19958895 A JP 19958895A JP H0941172 A JPH0941172 A JP H0941172A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業性及びコスト面で優れている燐酸亜
鉛処理を利用しながら、浸燐の原因となる燐酸塩皮膜を
効果的に除去することができる金属材の燐酸塩皮膜の除
去方法を提供し、それにより、耐遅れ破壊特性に優れた
ボルトの製造方法を提供する。 【解決手段】 表面に燐酸亜鉛を主成分とする燐酸塩皮
膜が形成されている金属材をアルカリ成分とキレート剤
を含有する水溶液に接触させて該燐酸塩皮膜を除去する
ことを特徴とする金属材の燐酸塩皮膜の除去方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材の燐酸亜鉛
処理等によって表面に形成される燐酸塩皮膜の除去方法
に関するものであり、例えば建築、土木分野における各
種構造物、または自動車等に用いる高力ボルトの製造に
際して、ボルト表面に形成される燐酸塩皮膜を効率よく
除去して浸燐を防止した、耐遅れ破壊特性に優れたボル
トの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高力ボルトは橋梁、建築物、自動車、機
械等に多く使用されているが、これらの高力ボルトは通
常、圧延鋼材を素材として冷間加工によりボルト形状に
成形した後、焼入れ焼き戻し処理を行って製造されてい
る。このとき冷間加工工程においては、加工速度、加工
精度、またはダイス寿命を向上させる目的で、燐酸亜鉛
処理等の潤滑処理が施されるのが一般的である。しか
し、燐酸亜鉛処理を行うと、ボルト表層部に燐酸亜鉛
〔Zn3(PO4)2・4H2O〕及び燐酸鉄亜鉛〔Zn2
e(PO4)2・4H2O〕等の燐酸亜鉛を主成分とする燐
酸塩皮膜が形成され、その後の焼入れ焼戻し処理により
燐酸塩皮膜に含まれる燐が素材に拡散侵入し(浸燐)、
ボルト表層に燐濃化層を形成することが知られている。
【0003】しかし、ボルト表面の燐濃化層は遅れ破壊
を起こす原因といわれていることから、JIS・B10
51の強度区分12.9のボルトでは、表面に燐濃化層
があってはならないことが規定されている。
【0004】このような浸燐による耐遅れ破壊特性の低
下を防止することを目的として、特開平2−24733
2号公報または特開平3−122192号公報には、石
灰、二硫化モリブデン、黒鉛またはふっ素樹脂粉末を含
有する金属せっけん等の燐を含有しない潤滑皮膜形成剤
で潤滑処理を行う方法が開示されている。
【0005】また、燐酸亜鉛処理材を冷間成形した後に
燐酸塩皮膜を除去する方法として、特開平3−2437
21号公報には、焼入れ焼もどし処理の前に中間熱処理
を行い燐酸塩皮膜を酸化除去する方法が、そして特開平
5−7973号公報には、焼入れ焼もどし処理の前に予
備加熱を行い、その後水冷により燐酸塩皮膜を剥離させ
る方法がそれぞれ開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
2−247332号公報または特開平3−122192
号公報に開示された方法では、燐酸亜鉛処理に比べて加
工精度、加工速度およびダイス寿命がいずれも劣ってお
り、また処理コストも大幅に上昇するという問題があ
る。
【0007】また、特開平3−243721号公報また
は特開平5−7973号公報に開示された方法では、中
間熱処理が必要となるために製造コストの上昇を招くだ
けでなく、燐酸塩皮膜がついたまま中間熱処理を行うた
め浸燐が起こる可能性が高い。
【0008】本発明は、上記した問題を解決するために
なされたものであり、作業性及びコスト面で優れている
燐酸亜鉛処理を利用しながら、浸燐の原因となる燐酸塩
皮膜を効果的に除去することができる金属材の燐酸塩皮
膜の除去方法を提供し、それにより、耐遅れ破壊特性に
優れたボルトの製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、浸燐の原
因となる燐酸塩皮膜を除去し、耐遅れ破壊特性に優れた
ボルトの製造方法について鋭意研究を重ねた結果、以下
の知見を得た。すなわち、アルカリ成分とキレート剤を
含有する水溶液に浸漬することにより、燐酸塩皮膜を完
全に除去することができ、その後、焼入れ焼もどし処理
を行っても浸燐は生じず、耐遅れ破壊特性の優れた高力
ボルトが得られることを見出した。
【0010】すなわち、本発明は上記した知見をもとに
なされたものであり、表面に燐酸亜鉛を主成分とする燐
酸塩皮膜が形成されている金属材をアルカリ成分とキレ
ート剤を含有する水溶液に接触させて該燐酸塩皮膜を除
去することを特徴とする金属材の燐酸塩皮膜の除去方法
と、この方法を利用して、燐酸亜鉛処理鋼材を冷間成形
後、燐酸亜鉛処理によって形成された燐酸塩皮膜を除去
する耐遅れ破壊特性に優れたボルトの製造方法に関する
ものである。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の方法は、潤滑処理等の目
的で表面に燐酸亜鉛処理が施され、その後浸燐により悪
影響が現れる全ての金属材に適用できる。この金属材の
種類は問わないが、例えば鋼材、ステンレス鋼、アルミ
ニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタニウム、
チタニウム合金等である。
【0012】燐酸塩皮膜の除去に先立ってこの燐酸塩皮
膜の潤滑性を利用した処理は全て完了させる。この処理
には成形加工が含まれ、ボルトの場合、棒状の鋼材を冷
間成形してボルトの形状にする加工が含まれる。
【0013】燐酸塩皮膜除去液のアルカリ成分は、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化
物、水酸化アンモニウム等である。
【0014】キレート剤は亜鉛及び鉄とキレートを形成
して水に可溶化するものであり、エチレンジアミンテト
ラアセテート(EDTA)、ヒドロオキシエチレンジアミ
ントリアセテート(HEDTA)、ニトロトリアセテート
(NTN)、ジエチレントリアミノペンタアセテート(D
TPA)、ヒドロオキシイミノジアセテート(HID
A)、トリエチレンテトラアミノヘキサアセテート(TT
HA)等のアミノポリカルボン酸塩、グルコン酸塩、ク
エン酸塩、酒石酸塩等の水溶性のヒドロオキシカルボン
酸塩、ピロ燐酸塩、トリポリ燐酸塩、テトラポリ燐酸
塩、ヘキサメタ燐酸塩、ウルトラ燐酸塩等のポリ及び縮
合燐酸塩、アミノメチレンホスホン酸塩(AMP)、1ヒ
ドロキシエチリデン1,1ジホスホン酸塩(HED
P)、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸塩
(EDTMP)、ジエチレントリアミノペンタメチレン
ホスホン酸塩(DTPMP)等の燐酸エステル、ジヒド
ロキシエチルグリセリン(DHEG)等のポリアルコー
ル類、蓚酸塩、マロン酸塩等の水溶性ジカルボン酸塩、
シアン化ソーダ、シアン化カリ等のシアン化合物等であ
る。これらのなかで好ましいものは、EDTA等のアミ
ノポリカルボン酸、グルコン酸塩HEDP等の燐酸エス
テル、シアン化ソーダ等のシアン化合物である。
【0015】上記以外に、塩化物(鉄)、弗化物(鉄、亜
鉛)、トリエタノールアミン(鉄)等も使用できるが、
添加量を多くしないとその効果が発揮されないので実用
的でない。
【0016】燐酸塩皮膜の除去速度を高める点で、アル
カリ成分濃度は、10〜450g/l、好ましくは50
〜200g/l程度が適当である。それ以上濃度を高く
しても燐酸塩皮膜の除去速度の向上はほとんどない。キ
レート剤の濃度は3g/l〜飽和濃度、好ましくは10
〜30g/l程度が適当である。それ以上濃度を高くし
ても燐酸塩皮膜の除去速度の向上はほとんどない。
【0017】金属材をアルカリ成分とキレート剤を含有
する水溶液に接触させる方法は如何なる方法によっても
よいが、金属材を該水溶液に浸漬する方法が簡便であ
る。その他の手段としては、例えばゲル化剤を加えてゲ
ル化し、これを塗布する方法がある。皮膜の分解可溶化
反応を迅速に進行させるため水溶液を加熱することが望
ましい。好ましい液温は70〜90℃程度である。
【0018】燐酸塩皮膜除去後には金属材を製品とする
為の残余の処理を行なう。燐酸塩皮膜を有したままでは
浸燐が進行してしまうような処理は燐酸塩皮膜除去後に
実施することが好ましい。このような処理には浸燐が進
行する温度での加熱処理が含まれ、これにはボルト等の
鋼材の焼入れ、焼戻し処理が含まれる。ボルトは焼入れ
焼もどしにより所要の強度を得るが、アルカリ成分とキ
レート剤を含有する水溶液により燐酸塩皮膜は完全に除
去されているため、ボルト表面の燐濃化層の形成は皆無
であり、耐遅れ破壊特性に優れた高力ボルトを得ること
が可能となる。
【0019】本発明では、燐酸亜鉛処理鋼材を素材とし
て冷間成形によりボルトを製造するが、これは加工速
度、加工精度、またはダイス寿命等の点で、燐酸亜鉛処
理が最も優れた潤滑処理だからである。次に、この冷間
成形工程によってボルト表面に形成した燐酸塩皮膜を除
去する方法として、アルカリ成分とキレート剤を含有す
る水溶液を用いる。
【0020】燐酸塩皮膜は燐酸亜鉛〔Zn3(PO42
・4H2O〕及び燐酸鉄亜鉛〔Zn2Fe(PO42・4
2O〕等から成るが、その中の燐酸亜鉛成分は溶液中
のアルカリ成分によって、次式のような反応に従い可溶
性の燐酸ソーダと亜鉛酸ソーダとに分解し、除去するこ
とができる。
【0021】
【化1】
【0022】また、燐酸亜鉛成分は溶液中のキレート剤
によっても分解可溶化が進行する。即ち、
【0023】
【化2】
【0024】燐酸塩皮膜中の燐酸鉄亜鉛はアルカリ成分
では完全に分解することができず、キレート剤により次
式の分解反応が進行し、除去することが可能となる。
【0025】
【化3】
【0026】以上のように、燐酸塩皮膜は溶液中のアル
カリ成分及びキレート剤によって分解除去することが可
能となる。
【0027】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。表1
に示した化学成分の供試鋼を150kg真空溶解により
溶製し、熱間圧延により22mmφの丸棒にした。
【0028】
【表1】
【0029】そして、燐酸亜鉛処理を行った後、冷間鍛
造によりM22のボルトに成形した。次に表2に示すア
ルカリ成分とキレート剤を含有する水溶液により燐酸塩
皮膜の除去処理を行った。このとき溶液の温度を80℃
とし、処理時間は5〜30分の間で行った。また、比較
材として燐酸塩皮膜除去処理を行わないボルトも用意し
た。そして、焼入れ焼もどし処理により、1450N/
mm2の引張強度に調整した。
【0030】ここで熱処理後のボルトのネジ谷部断面を
EPMAにより分析し、表層部での燐濃度を測定した。
そして、その最大値を燐濃化量とした。
【0031】遅れ破壊試験としては、これらのボルトを
15本ずつナット回転角法にて鋼板に締付け、3%食塩
水による乾湿繰返しの試験を実施し、破断までの時間を
測定した。そして、ボルトの破断時間をワイブル確率分
布に従いプロットし、累積破損確率10%の時の破断時
間を、ボルトの破断寿命とした。
【0032】ボルトの燐濃化量及び遅れ破壊試験でのボ
ルトの破断寿命を表2にまとめて示した。本発明例であ
るNo.1〜14では燐の濃化は見られず、遅れ破壊試
験での破断寿命も長い。これに比べ、比較例であるN
o.15は、キレート剤を含んでいないため燐酸塩皮膜
が完全に除去されていず、燐濃化量が高いため破断寿命
は低下している。またNo.16は燐酸塩皮膜の除去処
理を行っていないため、ボルト表層部の燐濃化層が極め
て高く、ボルトの破断寿命は非常に短いことがわかる。
【0033】
【表2】
【0034】
【発明の効果】以上示したように、本発明によれば作業
性及びコスト面で優れている燐酸亜鉛処理を利用し、浸
燐の原因となる燐酸塩皮膜を効果的に除去することによ
り、耐遅れ破壊特性に優れた金属材、特に高力ボルトの
製造方法を提供することが可能となることから、産業上
極めて大きな効果が期待できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白神 哲夫 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 石黒 守幸 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 江畑 明 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 田中 勇 大阪府豊中市庄内栄町5丁目5番地24号 貴和化学薬品株式会社内 (72)発明者 田中 宏 大阪府豊中市庄内栄町5丁目5番地24号 貴和化学薬品株式会社内 (72)発明者 佐藤 亘 大阪府堺市山本町6丁目124番地 三星産 業株式會社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に燐酸亜鉛を主成分とする燐酸塩皮
    膜が形成されている金属材をアルカリ成分とキレート剤
    を含有する水溶液に接触させて該燐酸塩皮膜を除去する
    ことを特徴とする金属材の燐酸塩皮膜の除去方法
  2. 【請求項2】 表面に燐酸亜鉛を主成分とする燐酸塩皮
    膜が形成されている鋼材を、冷間成形後、アルカリ成分
    とキレート剤を含有する水溶液に接触させて該燐酸塩皮
    膜を除去することを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた
    ボルトの製造方法
JP19958895A 1995-08-04 1995-08-04 金属材の燐酸塩皮膜の除去方法 Ceased JP3167096B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017043793A (ja) * 2015-08-24 2017-03-02 木田精工株式会社 残留潤滑被膜剤の除去方法及び除去装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017043793A (ja) * 2015-08-24 2017-03-02 木田精工株式会社 残留潤滑被膜剤の除去方法及び除去装置

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