(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記鋼線材の表面に対して、ウエットブラストによって研磨粒子を含むスラリーをエアー圧０．２ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下で噴射することにより、当該鋼線材の表面に付着したスケールを除去するデスケーリング工程と、
前記デスケーリング工程を終えた前記鋼線材をリン酸塩含有溶液に浸漬することにより前記鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成する被膜処理工程と、を含み、
前記リン酸塩含有溶液は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が２以上９以下であり、かつ全酸度が６０ｐｔ以上２５０ｐｔ以下である、鋼線材の連続表面処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
前記被膜処理工程におけるリン酸塩含有溶液の温度が６０℃以上９０℃以下である、鋼線材の連続表面処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
前記リン酸塩含有溶液は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が３以上７以下である、鋼線材の連続表面処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
前記リン酸塩含有溶液の全酸度は１２０ｐｔ以上２００ｐｔ以下である、鋼線材の連続表面処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に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。
【請求項６】
請求項５に記載の鋼線材の連続表面処理方法であって、
前記予熱工程は、前記リン酸塩被膜を形成する工程で用いるリン酸塩含有溶液の温度との温度差が３０℃以下となるように前記鋼線材を加熱する、鋼線材の連続表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼線材の連続表面処理方法に関し、より特定的には、鋼線材の表面にリン酸塩被膜を連続的に形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼線材の寸法精度や機械特性の向上を目的として、鋼線材に対して伸線ダイスを用いた引抜き加工が施される。この引抜き加工を円滑に行うために、引抜き加工の前に、鋼線材の表面に付着した酸化スケールを除去する工程（デスケーリング工程）、鋼線材の表面にリン酸塩亜鉛被膜を形成する工程（被膜処理工程）、及び当該リン酸塩亜鉛被膜上にさらに潤滑被膜を形成する工程（潤滑処理工程）を行っている。これらの工程を行うことで、鋼線材の表面に潤滑性が付与され、引抜き加工を円滑に行うことができる。
【０００３】
上記デスケーリング工程には、大別して化学的除去方法と機械的除去方法があるが、化学的除去方法は、硫酸及び塩酸を使用するため、大量の廃酸処理が必要となり環境上好ましくないという理由で敬遠されており、機械的除去方法が用いられている。機械的除去方法としては、ショットブラスト法、エアブラスト、高圧ウォータージェット法等が挙げられる。
【０００４】
上記被膜処理工程では、鋼線材の表面にホパイト［Ｚｎ3（ＰＯ4）2・４Ｈ2Ｏ］とホスホフィライト［Ｚｎ2Ｆｅ（ＰＯ4）2・４Ｈ2Ｏ］の混合組織からなるリン酸塩亜鉛被膜を形成している。
【０００５】
潤滑処理工程では、上記リン酸塩亜鉛被膜に対して反応型石鹸潤滑処理を行うことにより、石鹸成分のステアリン酸ナトリウムとリン酸亜鉛被膜中のホパイトとを反応させて、ステアリン酸亜鉛（金属石鹸）とステアリン酸ナトリウム（湯溶石鹸）とからなる潤滑被膜を形成している。
【０００６】
上記で形成したリン酸塩亜鉛被膜及び潤滑被膜は、潤滑性、耐錆性、及び耐焼き付きに優れているが、さらなる加工時の摩擦低減、型寿命の延長、加工精度向上、被膜詰まりの低減、耐熱性の向上等を目的として、特許文献１及び２には、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸被膜を形成する技術が開示されている。当該リン酸被膜は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が０．５以上１．５以下であるリン酸塩処理液に鋼線材を浸漬することにより形成される。このようにして形成されたリン酸亜鉛カルシウムは、リン酸亜鉛よりも結晶構造が緻密でかつ耐熱性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−４６３５１号公報
【特許文献２】特開平１０−３３０９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
リン酸被膜を短時間で形成するためにはリン酸塩処理液の全酸度を高めることが有効であるが、上記リン酸亜鉛カルシウムを形成するためのリン酸塩処理液の全酸度を高めると、リン酸亜鉛が優先的に形成され、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸被膜を形成しにくかった。
【０００９】
本発明は、上記の現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リン酸亜鉛カルシウムを含む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である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は上記の目的を達成するため、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成するための各種因子について鋭意検討を重ねたところ、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの濃度比及びリン酸塩被膜を形成する処理液の全酸度がリン酸塩被膜の結晶構造及び形成速度に寄与することを確認した。これに基づいてさらに検討を重ねることによりリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成し得る処理液の条件を見出し、以下に示す本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明の鋼線材の連続表面処理方法は、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、前記鋼線材の表面に対して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付着したスケールを除去するデスケーリング工程と、前記デスケーリング工程を終えた前記鋼線材をリン酸塩含有溶液に浸漬することにより前記鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成する被膜処理工程と、を含み、前記リン酸塩含有溶液は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が２以上９以下であり、かつ全酸度が６０ｐｔ以上２５０ｐｔ以下であることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、上記全酸度の数値範囲を満たすリン酸塩含有溶液を用いることにより、リン酸塩被膜を効率的に形成することができる。しかも上記亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比を満たすことにより、リン酸亜鉛カルシウムの含有率が高いリン酸塩被膜を短時間で形成することができる。リン酸亜鉛カルシウムは、結晶構造が緻密でかつ耐熱性に優れるため、当該リン酸亜鉛カルシウムの含有率が高いリン酸塩被膜を鋼線材の表面に形成することにより、加工精度向上、被膜詰まりの低減及び耐焼付き性の向上を図ることができる。
【００１３】
上記構成において、好ましくは被膜処理工程におけるリン酸塩含有溶液の温度が６０℃以上９０℃以下である。
【００１４】
この構成によれば、リン酸亜鉛カルシウムの含有率が高いリン酸塩被膜を形成しやすくなる。
【００１５】
上記構成において、好ましくは前記リン酸塩含有溶液は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が３以上７以下である。このような重量比であることにより、リン酸塩被膜にリン酸亜鉛カルシウムが含有されやすくなる。
【００１６】
上記構成において、好ましくは前記リン酸塩含有溶液の全酸度が１２０ｐｔ以上２００ｐｔ以下である。このような全酸度であることにより、リン酸塩被膜形成のための化成反応が促進され、リン酸塩被膜の形成時間を短縮することができる。
【００１７】
この構成によれば、リン酸塩被膜の形成速度をさらに高めることができるとともに、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成しやすくなる。
【００１８】
上記構成において、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行われ、前記鋼線材を予熱する予熱工程をさらに含む。
【００１９】
被膜処理工程におけるリン酸塩被膜の形成は、化成反応により行なわれるものであるため、鋼線材の温度が高いほど反応が促進されてリン酸塩被膜が形成されやすくなる傾向がある。このため、被膜処理工程前の予熱工程によって鋼線材を予め加熱することにより、後の被膜処理工程におけるリン酸塩被膜の形成が促進され、短時間でリン酸塩被膜を形成することができる。
【００２０】
上記構成において、前記予熱工程は、前記リン酸塩被膜を形成する工程で用いるリン酸塩含有溶液の温度との温度差が３０℃以下となるように前記鋼線材を加熱することが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、鋼線材が処理液を通過するときに鋼線材と処理液との温度差によって、処理液が加水分解したり変質したりすることを抑制することができ、処理液の品質が低下しにくいという利点がある。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、リン酸亜鉛カルシウムを含む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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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。
【図２】実施例３のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。
【図３】比較例１のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。
【図４】比較例２のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。
【図５】比較例３のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
本実施形態の鋼線材の連続表面処理方法は、図１に示すように、鋼線材（条鋼線材）に対して伸線などの冷間加工を行う製造ライン１（伸線ライン及び圧造ライン）にて行われるものであり、伸線加工の際にダイス５と鋼線材との間の潤滑を確保するため、鋼線材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処理工程Ｐ５と、当該リン酸塩被膜を被覆するように金属石けんなどを含む潤滑剤を被覆する潤滑処理工程Ｐ６と、を含む。
【００２６】
具体的には、本実施形態の鋼線材の連続表面処理方法は、サプライスタンド２のコイルから鋼線材を巻き出す工程（巻出し工程Ｐ１）と、当該鋼線材を矯正機４によりストランド状に矯正する工程（矯正工程Ｐ２）と、鋼線材の表面に付着するスケールを除去する工程（デスケーリング工程Ｐ３）と、デスケーリング後の鋼線材を加熱する工程（予熱工程Ｐ４）と、加熱した鋼線材を被覆液槽に浸漬することによって鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成する前記被膜処理工程Ｐ５と、被膜形成後の鋼線材に対して金属石けんなどの潤滑剤で被覆する前記潤滑処理工程Ｐ６と、潤滑剤で被覆した鋼線材を冷間加工によって伸線する工程（伸線工程Ｐ８）と、伸線した鋼線材を巻き取り機で巻き取る工程（巻取り工程Ｐ９）と、を含む。
【００２７】
図１に示すように、潤滑工程Ｐ６で用いる潤滑剤が液体の場合、伸線工程Ｐ８の前に、鋼線材の表面を被覆する潤滑剤を乾燥させる工程（乾燥工程Ｐ７）を含んでいてもよい。なお、デスケーリング工程Ｐ３と被膜処理工程Ｐ５との間の予熱工程Ｐ４は、仕様に応じて省略してもよい。
【００２８】
以下に、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を説明する。
【００２９】
本実施形態の連続表面処理方法で処理される鋼線材は、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。この鋼線材は、圧延後にコイルとして巻き取られる。圧延後、鋼線材の組織や機械的特性などを調整するために、当該鋼線材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。
【００３０】
＜巻出し工程Ｐ１＞
巻出し工程Ｐ１では、サプライスタンド２に配置された鋼線材のコイルから鋼線材をライン状に巻き出す。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。鋼線材の巻出しは、鋼線材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か、コイル自体を水平面内に回転させながら鋼線材を巻き出すことによって行われる。
【００３１】
＜矯正工程Ｐ２＞
矯正工程Ｐ２では、矯正機３を用いて鋼線材の巻き癖を矯正する。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の巻き癖を解消させる矯正を行う。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が複数の矯正ロール４を順番に通過することにより、鋼線材の巻き癖を解消し、鋼線材を直線状に矯正することができる。
【００３２】
＜デスケーリング工程Ｐ３＞
デスケーリング工程Ｐ３では、鋼線材の表面に対して研磨粒子を含むスラリーを噴射することにより当該表面に付着したスケールを除去するとともに、鋼線材の表面に加工歪を加えることで鋼線材の表面を活性化する。以下、デスケーリング工程Ｐ３で行われるスラリーの噴射のことを「ウェットブラスト」と記すこともある。
【００３３】
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することにより、当該スラリーを鋼線材の表面に衝突させて当該鋼線材の表面の酸化スケールを削りとる操作である。この操作により、鋼線材表面に加工歪を加えることで鋼線材の表面を活性化する。これにより被膜処理工程Ｐ５における化成反応が促進され、リン酸塩被膜を短時間で形成できるようになる。ウェットブラストは、硬質粒子のサイズなどを適宜設定することにより酸化スケールを効率よく除去できるし、また水によって粒子の飛散を抑えることができるため粉じんが発生しにくいという利点がある。
【００３４】
デスケーリング工程Ｐ３は、上記スケールを除去しつつ鋼線材の表面を活性化するために、ウェットブラストのエアー圧、ノズルと鋼線材の距離、砥粒の形状及び材質、複数のノズルの間隔、砥粒濃度等を適切に調整することが好ましい。
【００３５】
ウェットブラストのエアー圧が高いほど鋼線材の表面に付着したスケールを除去しやすく、かつ鋼線材の表面を活性化させることができる。このような観点からウェットブラストのエアー圧は０．２ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下が好ましい。０．２ＭＰａ以上であることによりスケールを十分に除去することができ、かつエア流路にスラリーが逆流するのを防ぐことができる。
【００３６】
ウェットブラスト時のノズルと鋼線材の距離は、２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましい。鋼線材とノズルの間隔を２０ｍｍ以上とすることにより、鋼線材の表面全体に対してスラリーを噴射することができる。しかもウェットブラストは、ノズル先端近傍でエアによる砥粒の加速が不十分であるため、２０ｍｍ以上の間隔を確保することで研削力を十分に確保することができる。鋼線材とノズルとの距離が２００ｍｍ以下であることにより、ウェットブラストの減衰による研削力の低下を避けることができる。
【００３７】
ウェットブラストの砥粒濃度は、５体積％以上２５体積％以下であることが好ましい。砥粒濃度が５体積％以上であることにより加工力が極端に低下せず、２５体積％以下であることにより砥粒同士の干渉を避けることができ、加工効率の低下を避けることができる。
【００３８】
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）又は螺旋状に配置されるのが好ましい。
【００３９】
上記ウェットブラストは、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できるものであり、噴射圧１００ＭＰａ程度のウォータージェットと比較して対象物へのダメージを与えにくい。例えばウォータージェットでは、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、水と硬質粒子とのスラリーを用いるウェットブラストをデスケーリング工程Ｐ３に適用することにより、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ができ、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ができる。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。
【００４０】
上述したウェットブラストに用いる砥粒は、グリット状の研磨粒子であることが好ましい。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有する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、形状が大きく異なるものである。
【００４１】
このようなグリット状の研磨粒子を用いることにより、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加工変質層が形成される。この加工変質層は、後に続く被膜処理工程Ｐ５における化成反応を促進し、短時間でリン酸塩被膜を形成することができる。
【００４２】
なお、グリット状の研磨粒子に用いる金属の種類は問わないが、デスケーリング工程Ｐ３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用いることが好ましい。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用いられる。
【００４３】
＜予熱工程Ｐ４＞
予熱工程Ｐ４では、被膜処理工程Ｐ５の前に鋼線材を予熱する。予熱工程Ｐ４を行うことで、被膜処理工程Ｐ５の時間短縮が可能となる。この理由は、被膜処理工程Ｐ５は、化成反応によりリン酸被膜を形成するものであるため、鋼線材の処理温度が高いほど反応速度を高めることができるからである。予熱工程Ｐ４は、鋼線材に対して、温水若しくは蒸気を吹き付けるか、又は高周波誘導加熱などによって鋼線材を加熱することにより行う。
【００４４】
予熱工程Ｐ４は、被膜処理工程Ｐ５で用いるリン酸塩含有溶液の温度と同程度の温度まで鋼線材を加熱することが好ましく、具体的には６０℃以上８０℃以下に鋼線材を加熱することがより好ましい。予熱工程Ｐ４後の鋼線材の温度が６０℃以上であることにより、リン酸塩被膜の形成効率を高めることができる。予熱工程Ｐ４後の鋼線材の温度が８０℃以下であることにより、リン酸塩被膜を形成するリン酸塩含有溶液の温度上昇を抑制することができ、リン酸塩含有溶液が加水分解したり変質したりすることを防止し得る。
【００４５】
予熱工程Ｐ４後の鋼線材の温度は、被膜処理工程Ｐ５でリン酸塩被膜の形成に用いるリン酸塩含有溶液の温度との温度差が３０℃以下であることが好ましく、この温度差は２０℃以下がより好ましく、さらに好ましくは１０℃以下である。このように予熱工程Ｐ４後の鋼線材と被膜処理工程Ｐ５におけるリン酸塩含有溶液との温度差が小さいことにより、鋼線材がリン酸塩含有溶液を通過するときに鋼線材とリン酸塩含有溶液との温度差によって、リン酸塩含有溶液が加水分解したり変質したりすることを抑制することができ、リン酸塩含有溶液の品質が低下しにくいという利点がある。
【００４６】
予熱工程Ｐ４における加熱時間は６０秒以下であることが好ましい。予熱工程Ｐ４における加熱時間が６０秒以下であることにより、被膜処理工程Ｐ５におけるリン酸塩被膜の形成を阻害する酸化被膜が鋼線材の表面に形成されにくくなる。この酸化被膜は、デスケーリング工程Ｐ３後の鋼線材の表面が湿っているときに予熱工程Ｐ４を長時間行うと発生しやすい。
【００４７】
＜被膜処理工程Ｐ５＞
被膜処理工程Ｐ５では、デスケーリング工程Ｐ３でスケールを除去した鋼線材をリン酸塩含有溶液に浸漬することにより、当該鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成する。リン酸塩被膜は、上述の伸線等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。
【００４８】
被膜処理工程Ｐ５におけるリン酸塩含有溶液は、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成するために、リン酸イオン、亜鉛イオン及びカルシウムイオンを必須成分として含む。当該リン酸塩含有溶液において、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比（以下「２価イオン重量比」とも記す）は２以上９以下であることを特徴とする。２価イオン重量比が２以上であることにより、ホパイト又はホスホフィライト系のような比較的大きい結晶の形成を避けつつ、ショルタイト［ＣａＺｎ2（ＰＯ4）2・２Ｈ2Ｏ］結晶を形成することができ、冷間加工の下地として結晶が細かくかつ耐熱性に優れるリン酸塩被膜を形成することができる。このようなショルタイト結晶を含むリン酸塩被膜は型詰まりを低減することができ、かつ耐焼付き性を向上させることができる。２価イオン重量比が９以下であることにより、処理時間を短時間化できるとともにリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成しやすくなり、耐熱性が高められる。２価イオン重量比は３以上７以下が好ましい。なお、２価イオン重量比は、亜鉛イオン及び／又はカルシウムイオンを含む表面調整剤を添加することによって調整することができる。
【００４９】
リン酸塩含有溶液の全酸度は、６０ｐｔ以上２５０ｐｔ以下が好ましい。全酸度を６０ｐｔ以上とすることにより、被膜処理工程Ｐ５における化成反応が促進され、リン酸塩被膜の形成時間を短縮することができる。また全酸度が２５０ｐｔ以下であることにより、被膜処理工程Ｐ５後の水洗処理において、リン酸塩含有溶液の濃度が高いことによって生じがちな水洗の汚染を抑制することができ、しかも濃度が高いリン酸塩含有溶液の供給費用を抑制することができる。リン酸塩含有溶液の全酸度は、１２０ｐｔ以上２００ｐｔ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１３０ｐｔ以上１７０ｐｔ以下である。なお、全酸度に用いる「ｐｔ」は、リン酸塩含有溶液の濃度単位であり、リン酸塩含有溶液１０ｍｌを中和するために必要な０．１ｍｏｌ／Ｌ濃度の水酸化ナトリウム液の滴定値（ｍＬ数）を意味する。
【００５０】
被膜処理工程Ｐ５におけるリン酸塩含有溶液は、６０℃以上９０℃以下に加熱した状態で鋼線材を浸漬することが好ましい。６０℃以上であることによりリン酸塩被膜を効率的に形成することができる。また９０℃以下であることにより、リン酸塩含有溶液が加水分解したり変質したりすることを防止し得る。被膜処理工程Ｐ５で用いるリン酸塩含有溶液の温度は、前述の予熱工程Ｐ４と同程度の温度に加熱することが好ましい。
【００５１】
被膜処理工程Ｐ５において、鋼線材の表面に形成されるリン酸塩被膜の重量は、鋼線材の表面の単位面積に換算で２．５ｇ／ｍ2以上７．０ｇ／ｍ2以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｍ2以上であることにより鋼線材の地鉄が露出することを抑制することができ、７．０ｇ／ｍ2以下であることにより圧造加工における型詰まりを抑制することができる。リン酸塩被膜の重量は、３ｇ／ｍ2以上６ｇ／ｍ2以下であることがより好ましく、さらに好ましくは３．５ｇ／ｍ2以上５．５ｇ／ｍ2以下である。
【００５２】
＜潤滑処理工程Ｐ６＞
潤滑処理工程Ｐ６では、リン酸塩被膜を被覆した鋼線材の表面に対し、石灰石けん等を含む潤滑剤を被覆する。これにより鋼線材を潤滑させやすく冷間加工することができ、鋼線材をスムーズに加工することができる。リン酸被膜自体は潤滑性が乏しいため、潤滑処理工程Ｐ６を行わずに伸線加工等を行うとダイスの寿命が短くなるおそれがある。
【００５３】
＜乾燥工程Ｐ７＞
上記潤滑処理工程Ｐ６で用いる潤滑剤が液体の場合、乾燥工程Ｐ７において当該潤滑剤を乾燥させることが好ましい。乾燥工程Ｐ７における乾燥はドライヤーにより熱風を吹き付ける等の方法を挙げることができる。乾燥温度は６０℃以上２００℃以下に設定し、乾燥時間は１秒以上６０秒以下が好ましい。
【００５４】
＜伸線工程Ｐ８＞
上記のように潤滑剤により被覆された鋼線材に対し、伸線工程Ｐ８に代表される冷間加工を加工機（伸線工程Ｐ８では伸線機）によって行う。
【実施例】
【００５５】
次に、実施例及び比較例を参照することにより、本発明の連続表面処理方法の作用効果を詳述する。
【００５６】
実施例及び比較例のいずれも、鋼種がＳＵＪ２で、φ１１．０ｍｍの線径の鋼線材に対し、球状化焼鈍材（スケール付着）、連続表面処理、伸線工程Ｐ８及び圧造工程をこの順に行った。なお、連続表面処理は、デスケーリング工程Ｐ３、予熱工程Ｐ４、被膜処理工程Ｐ５、潤滑工程Ｐ６、及び乾燥工程Ｐ７をこの順に行った。
【００５７】
実験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
（デスケーリング工程Ｐ３）
（Ｐ３−１）ウェットブラスト
使用する装置：マコー（株）製汎用ウェットブラスト装置
研磨材：鋼製グリット
砥粒濃度：１５％〜２０％
エア圧力：０．４〜０．６ＭＰａ
線材とノズル角度：９０°付近
線材とノズルの距離：９０ｍｍ
（Ｐ３−２）酸洗浄（表１中で「酸洗」と記している）
塩酸（２０質量％、常温、浸漬時間１０分）
（予熱工程Ｐ４）
使用する熱媒体：温水（６０℃又は８０℃）
処理時間：６０ｓ
（被膜処理工程Ｐ５）
リン酸塩含有溶液：日本パーカライジング社製（製品名：ＰＢ−３６８２Ｘ）
各実施例及び各比較例におけるリン酸塩含有溶液中の全酸度は、上記リン酸塩含有溶液の製品を水の希釈量によって調製した。また、各実施例及び各比較例におけるリン酸塩含有溶液中の亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比は、表面調整剤（日本パーカライジング社製（製品名：Ａ４７７０））を添加することにより調製した。
【００５８】
全酸度：３０〜２５０ｐｔ
リン酸塩含有溶液の温度：８０℃
処理時間：３０ｓ又は６０ｓ
（潤滑処理Ｐ６）
使用される潤滑剤：石灰石けん（ＭＡＣ−Ａ２０（井上石灰工業）） 
潤滑剤の温度：８０℃
処理時間１０ｓ
（乾燥工程Ｐ７）
乾燥温度：１００℃
乾燥時間：４ｓ
【００５９】
【表１】
0006454585.tif 000002
【００６０】
＜冷間加工評価＞
上記各実施例及び各比較例において作製された鋼線材に対して、冷間加工を行うことにより加工性を評価した。具体的には、伸線加工は、約１０００ｋｇの鋼線材に対して伸線の減面率１２％（φ１１ｍｍ→φ１０．３ｍｍ）で加工した。圧造加工は、約５００ｋｇの重量の鋼線材に対して減面率５０％で前方押し出し加工した。伸線加工及び圧造加工において、加工時にすぐに焼付きが発生したものを「×」、５００ｋｇ未満の鋼線材を加工した時に焼付きが発生したか、又は被膜詰まりが発生したものを「△」、５００ｋｇ以上の鋼線材を加工しても焼付き及び被膜詰まりが発生しなかったものを「○」とそれぞれ評価した。各実施例及び各比較例の鋼線材の評価結果を表２に示す。なお、表２中の比較例２の「圧造」の評価結果の「−」は、伸線加工において焼付きが発生したため圧造加工を評価できなかったことを意味している。
【００６１】
＜結晶構造評価＞
各実施例及び各比較例で形成したリン酸塩被膜を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて２００倍で観察することにより、リン酸塩被膜の外観を評価した。図２〜図５は、実施例３及び比較例１〜３のリン酸塩被膜の走査型電子顕微鏡による観察画像である。
【００６２】
図２の観察画像から、実施例３では微細かつ均一な粒状の結晶構造のリン酸塩被膜が形成されていることが確認できる。この結晶の組成はリン酸亜鉛カルシウムと考えられる。
【００６３】
図３の観察画像から、比較例１では微細な粒状の結晶構造のリン酸塩被膜が形成されていることは確認できるが、地鉄が一部露出している。地鉄が露出した理由は、リン酸塩含有溶液の反応不足によりリン酸塩被膜が十分に形成されなかったことによるものと考えられる。この微細な粒状の結晶の組成はリン酸亜鉛カルシウムである。
【００６４】
図４の観察画像から、比較例２では粗大な板状の結晶と針状の結晶との混合組織のリン酸塩被膜が形成されていることが確認できる。この針状の結晶の組成はリン酸亜鉛と考えられる。
【００６５】
図５の観察画像から、比較例３では粗大な板状の結晶と針状の結晶と微細な粒状の結晶とが混在した不均一な結晶構造のリン酸塩被膜が形成されていることが確認できる。この針状の結晶構造はリン酸亜鉛と考えられ、粗大な板状の結晶及び微細な粒状の結晶の組成はリン酸亜鉛とリン酸亜鉛カルシウムとの混合組織と考えられる。
【００６６】
各実施例及び各比較例のリン酸塩被膜の外観評価に関し、実施例３と同等の結晶構造が確認されたリン酸塩被膜を「微細かつ緻密」と評価し、比較例１〜３と同等の結晶構造が確認されたリン酸塩被膜をそれぞれ「微細だが地鉄露出」、「粗大」、「粗大かつ不均一」と評価した。また上記観察画像による目視及びエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ分析）に基づいてリン酸塩被膜の結晶組成を評価した。これらの評価結果を表２に示す。なお、表２中の「組成」は、リン酸塩被膜の組成の主成分を意味する。例えば、実施例１のリン酸塩被膜はリン酸亜鉛カルシウムを主成分として含み得ることを意味し、リン酸亜鉛カルシウムのみからなることを意図するものではない。
【００６７】
【表２】
0006454585.tif 000003
【００６８】
＜評価結果の考察＞
表２に示す実施例１〜１０並びに比較例１〜５の評価結果の対比から、ウェットブラストを用いて鋼線材をデスケーリングした後に亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が２以上９以下であり、かつ全酸度が６０ｐｔ以上２５０ｐｔ以下であるリン酸塩含有溶液を用いて鋼線材の表面にリン酸塩被膜を形成することにより、図２に示すような外観が微細かつ緻密な結晶構造のリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜を形成することができた。これにより冷間加工（伸線加工及び圧造加工）においてリン酸塩被膜の焼付きや型詰まりが発生することなく加工できることが明らかとなり、本発明の効果が示された。
【００６９】
実施例１〜６と実施例７及び８とは予熱工程を含むか否かという点で異なるが、実施例７及び８のように予熱工程を含むことにより、連続加工における鋼線材の線速を倍速にしても（２０ｍ／ｍｉｎから４０ｍ／ｍｉｎにしても）、実施例１〜６で形成されたリン酸塩被膜となんら遜色ない厚みのリン酸塩被膜を形成することができた。このことから予熱工程はリン酸塩被膜の形成を促進し得ることが明らかとなった。
【００７０】
比較例１では、リン酸塩被膜を形成する化成反応性が著しく低下し、地鉄が露出していた。この結果、伸線時の潤滑性を十分に確保することができず、伸線加工において焼き付きが発生した。このようにリン酸塩被膜を形成する化成反応性が低下した理由は、亜鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比を高くし過ぎたことによるものと考えられる。
【００７１】
比較例２では、リン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜は形成されず、リン酸亜鉛を含むリン酸塩被膜が形成されたため、リン酸塩被膜の外観が粗大であり、かつ５００ｋｇ未満の鋼線材を加工した時に被膜詰まりが多く発生していた。このようにリン酸亜鉛を含むリン酸塩被膜が形成された理由は、リン酸塩含有溶液中の亜鉛に対するカルシウムイオンの割合が比較的に低く、被膜処理時にリン酸亜鉛被膜のみが形成され、結果的に被膜が比較的に粗大化されたことによるものと考えられる。
【００７２】
比較例３では、リン酸亜鉛及びリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜が形成されたため、リン酸塩被膜の外観が粗大かつ不均一であり、かつ５００ｋｇ未満の鋼線材を加工した時に被膜詰まりが発生した。このようなリン酸塩被膜が形成された理由は、リン酸塩含有溶液中のカルシウムイオンの重量が不足していたことによるものと考えられる。また、リン酸亜鉛被膜が優先的に形成されたため、被膜詰まりが発生したものと考えられる。
【００７３】
比較例４では、実施例１に対してリン酸塩被膜を形成する化成反応性が著しく低下し、地鉄が露出していたため、伸線時の潤滑性を十分に確保することができず、伸線加工において焼き付きが発生した。この理由は、リン酸塩含有溶液の全酸度が６０ｐｔ未満であったことによるものと考えられる。
【００７４】
比較例５では、実施例１に対してリン酸塩被膜を形成する化成反応性が著しく低下し、地鉄が露出していたため、伸線時の潤滑性を十分に確保することができず、伸線加工において焼き付きが発生した。この理由は、デスケーリング工程で酸洗浄を用いたため、鋼線材の表面の活性化が十分でなかったことによるものと考えられる。
【００７５】
比較例６では、リン酸亜鉛及びリン酸亜鉛カルシウムを含むリン酸塩被膜が形成されたため、リン酸亜鉛被膜の外観が粗大かつ不均一であり、かつ５００ｋｇ未満の鋼線材を加工した時に被膜詰まりが発生した。このようなリン酸塩被膜が形成された理由は、リン酸亜鉛被膜が優先的に形成されたため、被膜詰まりが発生したものと考えられる。
【符号の説明】
【００７６】
１  製造ライン、２  サプライスタンド、３  矯正機、４  矯正ロール、５  ダイス。
【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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