(57)【要約】  ブラスト装置により投射材を投射し、鉄系材料からなる被加工物のスケールの除去を行うスケール除去方法であって、ビッカース硬度がＨＶ３００〜６００の範囲の未使用の投射材をブラスト装置に装填する投射材装填工程と、ブラスト装置の操業により該ブラスト装置内の投射材の粒子径分布を所定の粒子径分布となるように調整する粒子径分布調整工程と、粒子径分布調整工程後の投射材を被加工物の表面に投射するスケール除去工程と、を備え、粒子径分布調整工程後の投射材の粒子径分布が、粒子径３００μｍを超える第１粒体と、粒子径３００μｍ以下で７５μｍを超える第２粒体と、粒子径７５μｍ以下の第３粒体と、に区分したときに、（第２粒体の比率）≧（第１粒体の比率）≧（第３粒体の比率）を充足する。
2016174897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラスト装置により投射材を投射し、鉄系材料からなる被加工物のスケールの除去を行うスケール除去方法であって、
ビッカース硬度がＨＶ３００〜６００の範囲の未使用の前記投射材を前記ブラスト装置に装填する投射材装填工程と、
前記ブラスト装置の操業により該ブラスト装置内の投射材の粒子径分布を所定の粒子径分布となるように調整する粒子径分布調整工程と、
前記粒子径分布調整工程後の投射材を被加工物の表面に投射するスケール除去工程と、
を備え、
前記粒子径分布調整工程後の投射材の粒子径分布が、粒子径３００μｍを超える第１粒体と、粒子径３００μｍ以下で７５μｍを超える第２粒体と、粒子径７５μｍ以下の第３粒体と、に区分したときに、（第２粒体の比率）≧（第１粒体の比率）≧（第３粒体の比率）を充足する、
スケール除去方法。
【請求項２】
前記第２粒体の比率は６０重量％以上、前記第１粒体の比率は１０〜４０重量％、前記第３粒体の比率は１０重量％以下である請求項１に記載のスケール除去方法。
【請求項３】
前記被加工物は、圧延により形成されている請求項１又は２に記載のスケール除去方法。
【請求項４】
前記被加工物は線材である請求項３に記載のスケール除去方法。
【請求項５】
前記投射材は、投射材の粒子径ｄが１２５μｍ＜ｄ≦６００μｍであり、かつ、投射材の粒子径ｄの分布が頻度分布における粒子径区間２１２μｍ＜ｄ≦３００μｍの頻度が最大となり、当該頻度に対して、粒子径区間３５５μｍ＜ｄ≦５００μｍの頻度が０．３〜１．０倍である請求項１〜４の何れか１項に記載のスケール除去方法。
【請求項６】
前記投射材は、粒度番号０３０の粒子からなる第１投射材と、粒度番号０４０の粒子からなる第２投射材との混合物である請求項５に記載のスケール除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鉄系材料からなる被加工物の母材表面に形成された酸化物などのスケールをショットブラスト処理により除去するスケール除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱間圧延などにより製造され、母材表面に形成された酸化物などのスケールを除去するために、主として鉄系材料からなる硬質粒子を被加工物の表面に投射するショットブラスト処理が行われてきた。普通鋼、合金鋼、工具鋼、又は軸受鋼等による線材は、溶解及び連続鋳造によりビレット等となる。ビレット等は、圧延工程を経てコイル又はバー材となる。製造されたコイル材等は、ベンダ又はショットブラスト処理によりスケールが除去され、伸線又は化成処理等が実施される。スケール除去が困難な場合は、ベンダ又はショットブラスト前に酸洗処理が行われる。しかしながら、酸洗処理は環境負荷などの観点より極力避けられている。【０００３】
ショットブラスト処理では、例えば特許文献１に開示されているように、線材を供給する線材供給手段と、線材供給手段から引き出されて走行する線材に対して投射材を投射する投射手段と、投射手段で投射材が投射された線材を巻き取る巻き取り手段とを有するショットブラスト装置を用いて、線材を張架状態で走行させながらショットブラスト処理が行われ、スケールが除去される。【０００４】
また、ステンレス鋼などの圧延鋼板では、例えば特許文献２に開示されているように、スケールを除去する酸洗処理において酸を浸透させやすくするために、ショットブラスト処理によりスケールに亀裂や剥離を生じさせる予備スケール除去処理が行われている。また、例えば特許文献３に開示されているように、ショットブラスト処理による予備スケール除去処理の後に、酸洗処理に代えて研削処理を行うスケール除去方法も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３４０７２４号公報
【特許文献２】特開昭６１−１１７２９１号公報
【特許文献３】特開２００８−２０７２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ブラスト装置の操業において、所定量の投射材をブラスト装置に投入し、ブラスト処理を行うときに、投射材は、投射、回収、微粉の除去、投射のサイクルを繰り返す。投射を繰り返すと、投射材は粉砕され微粉となるが、このような微粉はセパレータなどにより選別、除去される。除去された分だけブラスト装置内の投射材量が減少するため、減少分に応じた投射材を補給するが、投射材の供給、粉砕、装置外への排出を繰り返していくと、装置内の投射材の粒子径分布は初期の粒子径分布とは異なる粒子径分布となる。ショットブラスト処理によるスケール除去処理、予備スケール除去処理（以下、スケール除去と予備スケール除去とを併せて、スケール除去、という。）を効率的に行うためには、装置内投射材の初期と異なる粒子径分布をスケール除去処理に好適な条件となるように管理する必要がある。【０００７】
ここで、スケール除去処理に用いられる投射材は、一般的に、バリ取り、表面粗度の向上などの他の用途にも用いられる。このため、用途に応じて粒子径及び硬度が適宜選定され得るものの、粒子径分布などがスケール除去処理に特化して調整された投射材は見当たらない。【０００８】
また、上述のスケール除去処理は、被加工物を搬送しながら処理を行う連続処理として行われることが多く、処理速度が速いことが要求される。しかし、処理速度を速くするために、例えば、粒子径の大きな投射材を用いてスケール除去力を高くした場合、下記の問題が生じる。線材のショットブラスト処理においては、投射材の衝突により線材の揺れが大きくなる現象が生じる。これにより、投射材が線材に有効に投射されなくなり、スケール除去の効率が低下してしまうという問題がある。また、鋼板に粒子径の大きい投射材を衝突させた場合、カバレージ（一定面積当たりにおける投射材の実打痕面積）が低下するため、後工程で必要な十分な量のクラック又は剥離を導入することができず、十分なスケール除去を行うことができない、または時間がかかるという問題がある。上述のように、スケール除去処理においては、高いスケール除去力とスケール除去処理効率とを併せ持つ粒子径分布調整がなされたスケール除去方法の要請がある。なお、鋼板のスケール除去処理の場合には、「スケール除去力」は、クラック、剥離を導入するための力を含み、「スケール除去処理効率」は、クラック、剥離を導入する効率を含む。【０００９】
そこで、本技術分野では、ショットブラスト処理によるスケール除去方法として、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させたスケール除去方法を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一側面に係るスケール除去方法では、ブラスト装置により投射材を投射し、鉄系材料からなる被加工物のスケールの除去を行うスケール除去方法であって、ビッカース硬度がＨＶ３００〜６００（日本工業規格であるＪＩＳ  Ｚ  ２２４４）の範囲の未使用の投射材をブラスト装置に装填する投射材装填工程と、ブラスト装置の操業により該ブラスト装置内の投射材の粒子径分布を所定の粒子径分布となるように調整する粒子径分布調整工程と、粒子径分布調整工程後の投射材を被加工物の表面に投射するスケール除去工程と、を備え、粒子径分布調整工程後の投射材の粒子径分布が、粒子径３００μｍを超える第１粒体と、粒子径３００μｍ以下で７５μｍを超える第２粒体と、粒子径７５μｍ以下の第３粒体と、に区分したときに、（第２粒体の比率）≧（第１粒体の比率）≧（第３粒体の比率）を充足する。【００１１】
このスケール除去方法では、粒子径分布調整後の投射材の粒子径分布を、カバレージを確保するための第２粒体を多量に含有し、スケール除去力が大きい第１粒体をそれに次いで多く含み、スケール除去力が低い第３粒体を少なくする、またはなくす、という特徴的な分布とする。これにより、このスケール除去方法は、第１粒体によりスケール除去力を向上させてスケール除去時間を短縮することができ、第２粒体によりカバレージを確保することができる。このため、このスケール除去方法は、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。【００１２】
第２粒体の比率は６０重量％以上、第１粒体の比率は１０〜４０重量％、第３粒体の比率は１０重量％以下でもよい。粒子径分布調整後の装置内投射材の粒子径分布を、上記の粒子径分布にすることにより、このスケール除去方法は、第２粒体の比率をカバレージの確保に適したものとし、第１粒体の比率を十分なスケール除去力を確保するものとし、いずれにも寄与しない第３粒体を極力少なくすることができる。よって、このスケール除去方法は、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。【００１３】
被加工物は、圧延により形成されてもよい。線材、鋼板などの圧延（熱間および／または冷間）により形成された被加工物のスケール除去処理は、被加工物を搬送しながら処理を行う連続処理として行われることが多く、処理速度が速いことが要求される。このスケール除去方法は、高いスケール除去力とスケール除去処理効率とを併せ持つため、圧延により母材表面にスケールが形成された被加工物に用いることができる。【００１４】
被加工物は線材でもよい。被加工物が線材である場合には、投射材の衝撃力が大きいときに、投射材の衝突により線材の揺れが大きくなる現象が生じ、投射材が線材に有効に投射されなくなり、スケール除去の効率が低下してしまうという問題がある。このスケール除去方法では、粒子径が第１粒体よりも小さい第２粒体を多量に含有している。このため、このスケール除去方法は、投射材の衝撃力を従来より低減させることができるので、線材の揺れを抑制することができる。よって、このスケール除去方法は、効率的なスケール除去が可能である。【００１５】
投射材の粒子径ｄが１２５μｍ＜ｄ≦６００μｍであり、かつ、投射材の粒子径ｄの分布が頻度分布（ＪＩＳ  Ｇ  ５９０４）における粒子径区間２１２μｍ＜ｄ≦３００μｍの頻度が最大となり、当該頻度に対して、粒子径区間３５５μｍ＜ｄ≦５００μｍの頻度が０．３〜１．０倍であってもよい。【００１６】
このスケール除去方法では、特別な装置、方法によることなく、粒子径分布調整後におけるブラスト装置内の粒子径分布を被加工物のスケール除去に好適な上述の分布にすることができる。ここで、「粒子径区間２１２μｍ＜ｄ≦３００μｍの粒子」とは、ＪＩＳ  Ｚ８８０１（２００６）に規定の公称目開き３００μｍの標準ふるいを通過し、公称目開き２１２μｍの標準ふるいで捕獲された（通過しない）粒子を示す。また、粒子径区間の下限値以下の小径の粒子を最大５％程度含むことを許容するものとする。【００１７】
投射材は、粒度番号０３０の粒子からなる第１投射材と、粒度番号０４０の粒子からなる第２投射材との混合物でもよい。粒度番号は、ＪＩＳ  Ｚ０３１１：２００４に規定されている。このスケール除去方法で用いる投射材は、上述のように、スケール除去力が向上するように調整された第１投射材と、カバレージが向上するように調整された第２投射材と、を混合することにより作製することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の種々の側面によれば、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係るスケール除去方法に用いるブラスト装置の一例を示す説明図である。
【図２】実施形態に係るスケール除去方法の工程を示す説明図である。
【図３】粒子径分布調整工程の一例を示す説明図である。
【図４】粒子径分布調整工程における粒子径分布の変化を示す説明図である。
【図５】実施形態に係るスケール除去方法で使用可能な一例としての投射材の粒子径分布の模式図である。
【図６】投射材の粒子径分布と、各粒子径分布におけるスケール除去処理後の被加工物の仕上がり状態との関係を示す説明図である。
【図７】投射材による衝撃力及びカバレージの検討に用いた粒子径分布調整後の粒子径分布を示す説明図である。
【図８】粒子径分布調整状態を変えたスケール除去試験で用いた、オペレーティングミックスを模擬した投射材の粒子径分布を示す説明図である。
【図９】粒子径分布とスケール除去率が８０％に到達した時の投射密度との関係を示す説明図である。
【図１０】スケール除去試験後の試料の表面状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施形態に係るスケール除去方法について、図を参照して説明する。
【００２１】
被加工物の表面に形成されたスケールの除去は、ブラスト装置により投射材を被加工物表面に投射することにより行われる。このようなブラスト装置として、図１に示す遠心型ブラスト装置を用いることができる。図１は、実施形態に係るスケール除去方法に用いるブラスト装置１の一例を示す説明図である。図１の（Ａ）は、ブラスト装置１の全体構成図であり、図１の（Ｂ）は図１の（Ａ）のＡ−Ａ矢視図で投射室の内部の構成を示す説明図である。このブラスト装置１は被加工物Ｗとして線材のスケール除去処理を行うための構成を有している。なお、実施形態に係るスケール除去方法は当該ブラスト装置１を用いた方法に限定されるものではない。
【００２２】
ブラスト装置１は、投射材の貯留及び定量供給を行うホッパー１１、投射材を投射するインペラ２２、投射材を循環させる循環装置であるバケットエレベータ１３、投射材とスケール（主に酸化鉄）と、を分離するサイクロン１４、集塵機１５、投射室２０及び図示しない制御装置、投射室２０内に被加工物を搬入する搬入機構、投射室２０内からスケール除去処理済みの被加工物を搬出する搬出機構など、を備えている。
【００２３】
投射室２０は、線材の搬入口、搬出口及び投射室２０の内部に、被加工物の走行方向に所定の間隔で配置され、線材を一直線に張り渡すための案内部材２１と、走行する線材に対し、上下左右方向から投射材Ｓを投射する４基のインペラ２２と、投射済の投射材を回収するために底部に装着されたスクリューコンベア２３などを備えている。
【００２４】
ホッパー１１は、投射材が貯留される貯留部１１ａと、貯留部１１ａ下部に設けられ、投射材をインペラ２２に定量供給するためのカットゲート１１ｂと、を備えている。カットゲート１１ｂは、開口面積が可変に構成されており、一定量の投射材をインペラ２２に供給することができる。
【００２５】
インペラ２２は、ホッパー１１から供給された投射材を、回転するブレードにより加速して、投射室２０内に搬入され走行する被加工物へ投射する。これにより、被加工物にスケール除去処理が行われる。
【００２６】
バケットエレベータ１３は投射室２０に接続されて設けられている。スケール除去処理後の投射材、被加工物から除去されたスケールなど（以下、投射材等、という）はスクリューコンベア２３によりバケットエレベータ１３へ搬送される。バケットエレベータ１３は、この投射材等をブラスト装置１の上方に搬送し、投げ出し部１６を経てホッパー１１に供給する。ここで、投げ出し部１６とホッパー１１との間にはパンチングメタル１８が配置されている。パンチングメタル１８は、投射材等から大きなスケールなどをあらかじめ除去することができる。
【００２７】
更に、バケットエレベータ１３にはショット補給口１３ａが設けられている。投射材は、ショット補給口１３ａから補給され得る。
【００２８】
投げ出し部１６は、サイクロン１４及びホッパー１１に接続されて設けられている。ここでは、サイクロン１４について説明する。ブラスト装置１を操業した場合、投射材は割れ、微粉が発生する。その際、投射室２０内に粉塵が発生し、該粉塵が粉塵爆発を起こす危険を生じたり、被加工物への付着もしくは突き刺さることで被加工物の品質を低下させたりする懸念がある。または、投射材が細かくなり過ぎ、スケールが除去しきれなくなる。そのため、投げ出し部１６では、サイクロン１４を介して集塵機１５による吸引で生じる所定の風速・風量の気流によって集塵が行われる。大半の投射材は、パンチングメタル１８を通過してホッパー１１に供給される。しかし、投射材は、サイズが小さいので、発生した微粉（除去されたスケールや粉砕された微細な投射材）と一緒にサイクロン１４により分級されることがある。サイクロン１４では、微粉は、集塵機１５により回収され、装置外へ排出される。ここで、集塵機１５による吸引で生じる気流の風速・風量は、集塵機１５とサイクロン１４との間に設けられたダンパ１９の開度により制御される。これにより、サイクロン１４の分級能力が制御される。このように、分級精度が調整され、後述する所望する粒子径分布が形成、維持される。そして、スケール除去に有効な投射材は再度投射室２０へ供給され、循環使用される。
【００２９】
ブラスト装置１外へ排出された量だけ装置内投射材量が減少するので、減少量に対応した量の投射材が補給される必要がある。投射材の減少はインペラ２２の負荷電流値により検知され、新たな投射材がショット補給口１３ａより補給される。
【００３０】
図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたコンピュータであり、上述したブラスト装置１の構成要件を制御する。
【００３１】
次に、ブラスト装置１を用い、被加工物の表面に形成されたスケールを除去する方法について説明する。図２は、実施形態に係るスケール除去方法の工程を示す説明図である。
【００３２】
まず、ブラスト装置１を起動し、ステップＳ１において、投射材充填工程が実施される。投射材装填工程では、未使用の投射材をショット補給口１３ａよりブラスト装置１に装填する。投射材については後述する。
【００３３】
続くステップＳ２において、粒子径分布を調整する工程（粒子径分布調整工程）が実施される。投射材は、粒子径分布調整後の装置内投射材の粒子径分布を効率的なスケール除去が行えるように管理することが重要である。
【００３４】
ステップＳ２では、粒子径分布調整後におけるブラスト装置内の粒子径分布が（第２粒体の比率）≧（第１粒体の比率）≧（第３粒体の比率）を充足する特徴的な分布となるように制御される。ここで、投射材は、粒子径３００μｍを超える第１粒体と、粒子径３００μｍ以下で７５μｍを超える第２粒体と、粒子径７５μｍ以下の第３粒体と、に区分している。各粒体は単一粒径でなく、粒子径分布を有するものである。
【００３５】
そして、第２粒体の比率は６０重量％以上、第１粒体の比率は１０〜４０重量％、第３粒体の比率は１０重量％以下となるように粒子径分布を管理してもよい。
【００３６】
粒子径分布調整後の投射材の粒子径分布は、カバレージを確保するために、従来用いられてきた粒子径より小さい第２粒体を多量に含有し、スケール除去力が大きい第１粒体をそれに次いで多く含み、スケール除去力が低い第３粒体を少なくする、またはなくす、という特徴的な分布とする。第２粒体を多量に含有することにより、カバレージを確保することができるので、スケール除去処理効率を向上させることができる。第１粒体はスケール除去力が高く、スケール除去時間を短縮することができる。そして、第３粒体はスケール除去力が低く、有効にスケールを除去することができないので、極力低減させる。
【００３７】
図３は、粒子径分布調整工程の一例を示す説明図である。粒子径分布調整工程は、オペレーティングミックスの状態の粒子径分布に調整する方法と、積極的に所望の粒子径分布を得るように所定の投射材を投入する方法とがある。ブラスト装置１を操業し、投射、微粉の装置外排出、補給を繰り返し行う一連の操作の結果、ブラスト装置１内の投射材の粒子径分布は、未使用の投射材分布と異なる一定の粒子径分布で安定する。オペレーティングミックスとは、この安定した粒子径分布の状態を指す。ここでは、粒子径分布の状態をオペレーティングミックス形成後の状態に調整することを例にして説明する。
【００３８】
粒子径分布調整工程においてオペレーティングミックスを形成するためには、まず、ステップＳ２１において、例えば被加工物と同様の材質からなるダミーワークを用意し、ステップＳ２２においてブラスト装置１を起動し、ダミーワークに被加工物のスケール除去時と同様の条件により投射材を投射し、微粉の装置外排出、補給を繰り返し行う一連の操作を行う。この結果、ブラスト装置１内の投射材の粒子径分布は、未使用の投射材の粒子径分布とは異なる粒子径分布となる。なお、ダミーワークは実際の被加工物のように走行させてもよいし、静止状態でもよい。また、ダミーワークを使用せず、投射材を空打ちしてもよい。
【００３９】
ステップＳ２３では、後述するステップＳ５と同様の判断を行い、投射材を補給する場合にはステップＳ２５に進み、その後ステップＳ２３に戻る。投射材を補給しない場合にはステップＳ２４に進む。
【００４０】
続くステップＳ２４では、投射時間がオペレーティングミックスを形成するためにあらかじめ設定される相当時間に到達したか否かを判断する。投射時間が相当時間に到達した場合にはステップＳ２６に進み、到達していない場合にはステップＳ２３に戻る。
【００４１】
続くステップＳ２６では、投射材をサンプリングして粒子径分布を測定し、所望の粒子径分布（オペレーティングミックス）が形成されているかの評価を行う。ここで、投射材のサンプリングは、カットゲート１１ｂ、バケットエレベータ１３、投げ出し部１６から行うことができる。所望のオペレーティングミックスが形成されていると判断した場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）には、ステップＳ３に進む。
【００４２】
図４は、粒子径分布調整工程における粒子径分布の変化を示す説明図である。図４では、オペレーティングミックスが形成される過程が模式的に示される。横軸の粒子径は、粒子径区間の下限値を代表値として示している。以下の粒子径分布の図で同様である。未使用の状態で（Ａ）の粒子径分布を示していた投射材は、（Ｂ)に示すように、第１粒体の重量分率が低下し、第２粒体の粒子径分布がブロードになっていく。これは第１粒体が粉砕され減少し、第２粒体以下が生成されるためである。オペレーティングミックスが形成されると、（Ｃ）に示すように、更に第１粒体の重量分率が低下し、第２粒体以下の粒子が増大していく。第３粒体以下は機外に排出され、その増加が抑制される。また、第１粒体はイニシャルショットが排出量に相当されるだけ補給されるためその減少が抑制される。そのため、第１粒体、第２粒体、第３粒体の割合が（Ｃ）の状態に安定する。
【００４３】
所望のオペレーティングミックスが形成されてないと判断した場合（ステップＳ２６：ＮＯ）には、ステップＳ２７に進みダンパ１９の開度を調整した後に、ステップＳ２２に戻る。ステップＳ２７では、例えば、小径の粒子が多い場合には、ダンパ１９の開度を下げて、サイクロン１４の分級力を下げさせることにより除去する、などを行うことができる。
【００４４】
上述の各工程（Ｓ２１−Ｓ２７）において、ステップＳ２３の判断に代えて、機外に排出される投射材の量で判断したりすることができる。また、判断を行わず、所定時間毎に投射材を補給することもできる。また、ステップＳ２７でダンパの調節を行わず、投射時間を延長することで対応することもできる。各工程は自動、手動は問わない。各工程が自動で行われる場合、制御装置により各工程が実施される。
【００４５】
ステップＳ３では、スケール除去処理対象の被加工物を投射室２０内にセットする。被加工物である線材は、案内部材２１に搬送方向の上流（図１の（Ｂ）中左方向）から順次挿通されて一直線に位置決めされ配置される。そして、線材は、所定の張力が負荷された状態で牽引され、右方向に走行する。
【００４６】
ステップＳ４において粒子径分布が調整された状態で投射材を投射することにより、被加工物の表面に形成されたスケールの除去を行う（スケール除去工程）。スケール除去処理は、投射室２０内に連続的に供給され走行する線材に、４方向に設けられたインペラ２２よりそれぞれ投射材が投射されて行われる。そして、スケール除去処理が行われた線材は、搬出口から連続的に投射室２０外へ搬出され、次工程へ搬送される。
【００４７】
ステップＳ５では、投射材を投射中のインペラ２２のアンメータの負荷電流値により投射材を補給するか否かを判断する。負荷電流値があらかじめ設定した電流値より大きくかつ所定の変動値以下である場合には投射材を補給しないと判断してステップＳ６に進む。負荷電流値があらかじめ設定した電流値以下または所定の変動値を超えた場合には投射材を補給すると判断してステップＳ７に進む。そして、ステップＳ７において所定量の新たな投射材をショット補給口１３ａより補給し、ステップＳ５に戻る。投射材は、バケットエレベータの負荷などを勘案して設定した所定量分補給する。これにより、所望の粒子径分布（本実施形態ではオペレーティングミックス）を維持することができる。
【００４８】
ステップＳ６では、被加工物の有無を判断する。被加工物が存在しスケール除去処理を継続する場合にはステップＳ５に進み、被加工物が存在しない場合、つまりスケール除去処理を行う被加工物がすべて投射室２０外に搬出された場合にはステップＳ８に進み投射材の投射を終了する。被加工物の有無の判断は、目視で行ってもよいし、磁気、光学的な手法により判断を行う線材検知装置により行ってもよい。
【００４９】
ステップＳ９では、スケール除去処理を継続するか否かを判断する。次の被加工物がない場合には一連の操作を終了し、次の被加工物がある場合にはステップＳ３以下の操作を繰り返し実施する。
【００５０】
上述のスケール除去方法によれば、粒子径分布調整後の投射材の粒子径分布を、被加工物のスケール除去に適した分布とすることができる。このため、上述のスケール除去方法は、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。
【００５１】
本実施形態に係るスケール除去方法は、圧延により母材表面にスケールが形成された被加工物、例えば、線材、鋼板などに用いることができる。このような被加工物のスケールは数１０μｍ程度の厚さで母材に強固に付着しており、高いスケール除去力が要求される。また、このような被加工物のスケール除去処理は、被加工物を搬送しながら処理を行う連続処理として行われることが多く、処理速度が速いことが要求される。本実施形態に係るスケール除去方法は、高いスケール除去力とスケール除去処理効率とを併せ持つため、圧延により母材表面にスケールが形成された被加工物に用いることができる。
【００５２】
被加工物は線材である場合には、投射材の衝撃力が大きいときに、投射材の衝突により線材の揺れが大きくなる現象が生じ、投射材が線材に有効に投射されなくなり、スケール除去の効率が低下してしまうという問題がある。本実施形態に係るスケール除去方法では、粒子径が第１粒体よりも小さい第２粒体を多量に含有している。このため、本実施形態に係るスケール除去方法は、投射材の衝撃力を従来より低減させることができるので、線材の揺れを抑制することができ、効率的なスケール除去が可能である。更に、本実施形態に係るスケール除去方法は、効率的なスケール除去が可能なので、従来スケール除去処理の前処理として行われていた酸洗処理を省略することができる。
【００５３】
被加工物は鋼板である場合には、ショットブラスト処理によりスケールに亀裂や剥離を生じさせる予備スケール除去処理において、後工程で必要な十分な量のクラック、剥離を導入する必要がある。本実施形態に係るスケール除去方法は、第２粒体により大幅にカバレージを向上させることができる。また、本実施形態に係るスケール除去方法は、打痕の寸法も小さくすることができるので、表面粗さを向上させることもできる。
【００５４】
以下、本実施形態の粒子径分布に調整可能な投射材の一例を示す。
【００５５】
投射材は、ビッカース硬度ＨＶ３００〜６００の範囲から選択されたショットである。材質、形状は適宜選定することができるが、本実施形態では、鉄系材料からなる球状のショットを用いる。ここで、鉄系材料として、例えば、Ｃ：０．８〜１．２重量％、Ｍｎ:０．３５〜１．２０重量％、Ｓｉ:０．４０〜１．５０重量％、Ｐ≦０．０５重量％、Ｓ≦０．０５重量％、残部Ｆｅ及び不可避不純物を含む成分系であって、焼き戻しマルテンサイト組織若しくは類する組織を有する粒子を採用することができる。このような粒子は例えば水アトマイズ法等の公知の方法で作製することができる。ここで、投射材は、ＨＶ３００以上では被加工物に対して十分な硬度であり、ＨＶ６００以下では投射材が十分な靱性を有する。このように本実施形態の投射材は、十分な硬度と靱性とを併せ持つため、被加工物表面のスケール除去に好適に用いることができる。ビッカース硬度ＨＶは日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に基づくものである。
【００５６】
図５は、実施形態に係るスケール除去方法で使用可能な一例としての投射材の粒子径分布の模式図である。投射材の粒子径ｄは、１２５μｍ＜ｄ≦６００μｍであり、投射材の粒子径ｄの分布は、頻度分布（ＪＩＳ  Ｇ  ５９０４）における粒子径区間２１２μｍ＜ｄ≦３００μｍの頻度が最大となり、当該頻度に対して、粒子径区間３５５μｍ＜ｄ≦５００μｍの頻度が０．３〜１．０倍であるように調整する。粒子径分布の測定方法は日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ  ５９０４（１９６６）に基づくものであり、重量分布で示している。
【００５７】
このような粒子径分布を有する投射材は、粒度番号０３０の粒子からなる第１投射材と、粒度番号０４０の粒子からなる第２投射材と、を混合して作製することができる。つまり、投射材は、第１投射材と第２投射材との混合物である。
【００５８】
例えば、スケール除去に第１投射材のみを用いると、スケール除去力を大きくすることができるが、単位重量あたりの粒子数が少なくなるため、カバレージ（一定面積当たりにおける投射材の実打痕面積）の低下に繋がる。一方、第２投射材は、カバレージを向上させることができるが、第１投射材に比べスケール除去力が低いため、スケール除去時間が長くなる。
【００５９】
実施形態に係る投射材では、これらの投射材を上述の粒子径分布となるように混合することにより、それぞれの利点を維持し、スケール除去能力が不足する部分を補完することができる。第１投射材によりスケール除去力を向上させ、第２投射材によりカバレージを向上させることができる。つまり、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させたスケール除去を行うことができる。
【００６０】
第１投射材及び第２投射材は、水アトマイズ法等の公知の方法により作製した粒子をＪＩＳ  Ｚ  ８８０１（２００６）に規定の篩目６００μｍ〜１２５μｍの篩を用いて分級し、所望の粒子径分布となるように混合、調整して作製することができる。
【００６１】
上述の投射材を用いた場合、特別な装置、方法によることなく、粒子径分布調整工程後におけるブラスト装置内の粒子径分布を被加工物のスケール除去に好適な上述の分布にすることができる。
【００６２】
（変更例）
ステップＳ２５、Ｓ７で補給する投射材はステップＳ１で装填する投射材と異なるものを用いることもできる。例えば、大径の投射材のみを補給して、所望のオペレーティングミックスを形成することもできる。また、投射材の形態はショットに限定されるものではなく、グリット、カットワイヤなどを用いることもできる。そして、第１投射材と第２投射材は、同じ材質としてもよいし、硬度が異なる材質で形成してもよい。
【００６３】
（実施形態の効果）
本実施形態に係るスケール除去方法では、粒子径分布調整後の投射材の粒子径分布が、カバレージを確保するための第２粒体を多量に含有し、スケール除去力が大きい第１粒体をそれに次いで多く含み、スケール除去力が低い第３粒体を少なくする、またはなくす、という特徴的な分布となる。これにより、本実施形態に係るスケール除去方法は、第１粒体によりスケール除去力を向上させてスケール除去時間を短縮することができ、第２粒体によりカバレージを確保することができる。よって、本実施形態に係るスケール除去方法は、スケール除去力とスケール除去処理効率とをともに向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態に係るスケール除去方法は、圧延により母材表面にスケールが形成された被加工物、例えば、線材、鋼板などに用いることができる。被加工物が線材である場合には、投射材の衝撃力を従来より低減させることができる。このため、本実施形態に係るスケール除去方法は、線材の揺れを抑制することができ、効率的なスケール除去が可能である。更に、効率的なスケール除去が可能なので、本実施形態に係るスケール除去方法は、従来スケール除去処理の前処理として行われていた酸洗処理を省略することができる。被加工物が鋼板である場合には、ショットブラスト処理によりスケールに亀裂や剥離を生じさせる予備スケール除去処理において、後工程で必要な十分な量のクラック、剥離を導入することができる。また、本実施形態に係るスケール除去方法は、打痕の寸法も小さくすることができるので、表面粗さを向上させることもできる。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。被加工物として、黒皮スケールが形成された機械構造用炭素鋼鋼材Ｓ４５Ｃ（ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１：２００５）からなるφ２２ｍｍの丸棒を用意した。スケール除去処理は、インペラ型の投射装置を使用し、投射速度７３ｍ／ｓ、投射距離１００ｍｍ、投射角度９０°にて実施した。【００６６】
（１）粒子径分布とスケール除去処理後の被加工物との関係
第１粒体６８重量％、第２粒体３２重量％、第３粒体０重量％に調整されたスチールショットを用いてスケール除去処理を行い、ブラスト装置操業による第１粒体、第２粒体及び第３粒体の重量分率の経時変化と、各粒子径分布におけるスケール除去処理後の被加工物の仕上がり状態との関係を調べた。粒子径分布の変化を図６に示す。図６は、投射材の粒子径分布と、各粒子径分布におけるスケール除去処理後の被加工物の仕上がり状態との関係を示す説明図である。粒子径分布は、所定の時間間隔で投射材をサンプリングして測定した。仕上がり状況は、目視によりを観察、評価した。【００６７】
粒子径分布は、全体的な傾向としては、時間の経過に伴い、第１粒体の重量分率は減少し、第２粒体の重量分率は増大する。第１粒体が多い状態では、線材の振れが大きく、投射パターン（投射範囲）から外れる確率が高くなるため、実投射密度が低下する。また、第１粒体が多いと同じ粒子重量で比較した場合の粒子数が低下しカバレージが低下する。これにより、スケールが残りやすくなり、仕上がり状態はよくなかった。第２粒体が６０重量％以上、第１粒体が４０重量％以下になると、仕上がり状態が良好になった。これにより、本実施形態の粒子径分布により十分なスケール除去が可能であることが確認された。【００６８】
（２）投射材による衝撃力及びカバレージの検討
粒度番号０３０のスチールショットからなる第１投射材と、粒度番号０４０のスチールショットからなる第２投射材と、を混合して作製した投射材を用いて粒子径分布調整後の粒子径分布を評価した（実施例（１）、（２））また、比較例（３）として、φ３００μｍ（粒子径範囲：３００μｍ＜ｄ≦６００μｍ）のスチールショットでの試験も実施した。投射密度は１５０〜３００ｋｇ／ｍ２とした。実施例、比較例ともに、投射材を投射試験装置に投入し、連続運転及び補給を繰り返してオペレーティングミックスを形成した。図７は、投射材による衝撃力及びカバレージの検討に用いた粒子径分布調整後の粒子径分布を示す説明図である。実施例（１）、（２）の粒子径分布調整後の粒子径分布は、いずれも第２粒体が７８重量％以上、第１粒体が１５〜２０重量％、第３粒体が５重量％以下であり、本発明の粒子径分布を充足している。【００６９】
実施例（１）、（２）及び比較例（３）の１ｋｇ当たりの粒子数は以下の通りであった。
実施例（１）：６．２３×１０７個／ｋｇ
実施例（２）：８．７７×１０７個／ｋｇ
比較例（３）：１．７４×１０７個／ｋｇ【００７０】
まず、粒子径分布に基づき、粒子１つ当たりの平均衝撃力を評価した。投射密度が同じなら粒子径分布が異なっていても線材が受ける全衝撃力は等しくなるが、粒子１つ当たりの平均衝撃力が異なる。この平均衝撃力が線材の振れを支配している。平均衝撃力は、比較例（３）に対し、実施例（１）では０．２８倍、実施例（２）では０．２０倍となり、実施例では極めて小さくなることがわかる。これにより、本実施形態のスケール除去方法によれば、線材の振れを小さくすることができることが確認された。【００７１】
また、打痕面積Ａを計算した。直径Ｄの粒子が及ぼす打痕の直径をγＤ、直径Ｄの粒子数をＮαとすると、打痕面積Ａは以下の数式で表現される。
【数１】
2016174897.tif 000003
打痕面積は、比較例（３）に対し、実施例（１）では１．３７倍、実施例（２）では１．４６倍となり、大きく向上することがわかった。これにより、本実施形態のスケール除去方法によれば、スケール除去の効率を向上させることができることが確認された。また、鋼板の予備スケール除去においては、続く酸洗工程において酸がしみ込む起点を多数形成することができ、効率的なスケール除去が可能となることが確認された。【００７２】
（３）粒子径分布調整状態を変えたスケール除去試験
粒子径範囲３００μｍ＜ｄ≦６００μｍのスチールショット、粒子径範囲７５μｍ＜ｄ≦３００μｍのスチールショット及び粒子径範囲３２μｍ＜ｄ≦７５μｍのスチールショットを用意し、それらを混合して各種粒子径分布を有する投射材を作製した。図８は、粒子径分布調整状態を変えたスケール除去試験で用いた、オペレーティングミックスを模擬した投射材の粒子径分布を示す説明図である。実施例ａ〜ｄは本実施形態の粒子径分布を充足し、比較例ｅ〜ｈは第２粒体が少なく本実施形態の粒子径分布を充足していないものである。そして、投射密度を変えてスケール除去試験を行い、スケール除去率が８０％となる投射密度を調べた。図９は、粒子径分布とスケール除去率が８０％に到達した時の投射密度との関係を示す説明図である。スケール除去率の評価は目視であるため、１００％での評価を実施すると、測定精度が上がらない（出ない）ため８０％での評価とした。【００７３】
ブラスト装置によるスケール除去では、投射密度は２０ｋｇ／ｍ２以下にすることが好ましいが、実施例ａ〜ｄの条件、即ち、本発明の粒子径分布である第２粒体が６０重量％、第１粒体が１０〜４０重量％、第３粒体が１０重量％以下で投射密度が２０ｋｇ／ｍ２以下となり、本発明の粒子径分布が好適な条件であることが確認された。【００７４】
（４）スケール除去試験
粒度番号０３０のスチールショットからなる第１投射材と、粒度番号０４０のスチールショットからなる第２投射材と、を混合して作製した投射材及び比較例としてφ３００μｍ（粒子径範囲：３００μｍ＜ｄ≦６００μｍ）のスチールショットについて、粒子径分布調整工程としてオペレーティングミックスを形成後に、スケール除去試験を実施した。図１０は、スケール除去試験後の試料の表面状態を示す説明図である。目視により仕上がり状況を観察、評価した。比較例では、投射密度が５ｋｇ／ｍ２〜２０ｋｇ／ｍ２の範囲において、スケールが存在することが確認された。そして、投射密度３０ｋｇ／ｍ２の時点でスケールが除去された。このため、比較例では仕上がりまで３０ｋｇ／ｍ２を要した。これに対して、実施例では、投射密度が５ｋｇ／ｍ２〜１０ｋｇ／ｍ２の範囲において、スケールが存在することが確認された。そして、投射密度２０ｋｇ／ｍ２の時点でスケールが除去された。つまり、実施例では２０ｋｇ／ｍ２で仕上がることが確認された。このように、実施例では比較例よりも投射密度が１／３低い状態で同等の仕上がりが実現でき、スケール除去処理の時間を短縮できることが確認された。また、表面粗さは２割程度低減することが確認された。
【符号の説明】
【００７５】
１…ブラスト装置、１１…ホッパー、１１ａ…貯留部、１１ｂ…カットゲート、１３…バケットエレベータ、１３ａ…ショット補給口、１４…サイクロン、１５…集塵機、１６…投げ出し部、１８…パンチングメタル、１９…ダンパ、２０…投射室、２１…案内部材、２２…インペラ、２３…スクリューコンベア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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