(57)【要約】【課題】地鉄表面層に異常が認められる鋼材においても比較的簡単にこの異常層を取り除き、製品として十分な表面品質を確保することが可能な優れた方法を提案すること。【課題を解決するための手段】鉄表面層に異常層を含む鋼材を硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選択される強酸液に浸漬する処理を行なうと共に地鉄表面層における前記異常層が溶解除去されるまで前記処理を継続して実施する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
地鉄表面層に異常層を含む鋼材を硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選択される強酸液に浸漬する処理を行なうと共に前記鋼材の地鉄表面層における前記異常層が溶解除去されるまで前記処理を継続して実施することを特徴とする鋼材の表面改善処理方法。
【請求項２】
前記地鉄表面層の溶解除去深さが０．０３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の表面改善処理方法。
【請求項３】
前記鋼材がバネ鋼であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の鋼材の表面改善処理方法。
【請求項４】
前記鋼材が軸受鋼であることを特徴とする請求項１あるは請求項２に記載の鋼材の表面改善処理方法。
【請求項５】
前記鋼材がコイル状の線材であることを特徴とするる請求項１に記載の鋼材の表面改善処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素鋼等の鋼材の地鉄表面を改善処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より塩酸や硫酸に代表される強酸あるいはこれに適当な補助剤を添加して用いた鋼材の酸洗処理が知られている。かかる酸洗処理は主として鋼材の地鉄表面に付着したスケールやスマット（汚れ）を取り除くことを目的として実施されている。
【０００３】
一方、炭素鋼の場合、溶製、熱処理及び表面処理の各製造工程の履歴によって地鉄の表面層自体が成分・組織や品質に異常を来たす場合がある。例えば、懸架バネ鋼の場合、圧延中の温度条件が適当でない場合には地鉄の表面にフェライト脱炭層が生じることがある。また、弁バネ鋼や軸受鋼の場合にはその要求特性上厳格な疵対策が行なわれているが時として地鉄表面層中に疵が残留してしまう場合もある。
【０００４】
このように、地鉄の表面層に異常が発見された鋼材については、そのまま製品として出荷できないため、格落ち材として別品種に振り分けたり、スクラップとして処理せざるを得ず、大きな問題を抱えていた。更に弁バネ鋼等はこれを避けるべく不利を承知で後工程にわざわざ機械的な皮むき装置（ＳＶ）を常設して対応している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題や不利を解消し、地鉄表面層に異常が認めらる鋼材においても比較的簡単にこの異常層を取り除き、製品として十分な表面品質を確保することが可能な優れた方法を提案することを、その課題としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる本発明は、地鉄表面層に異常層を含む鋼材を硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選択される強酸液に浸漬する処理を行なうと共に地鉄表面層における前記異常層が溶解除去されるまで前記処理を継続して実施することを特徴とする鋼材の表面改善処理方法を提案するものである。
【０００７】
請求項２にかかる本発明は、前記地鉄表面層の溶解除去深さが０．０３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の表面改善処理方法を提案するものである。
【０００８】
請求項３にかかる本発明は、前記鋼材がバネ鋼であることをを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の鋼材の表面改善処理方法を提案するものである。
【０００９】
請求項４にかかる本発明は、前記鋼材が軸受鋼である請求項１あるいは請求項２に記載の鋼材の表面改善処理方法を提案するものである。
【００１０】
請求項５にかかる本発明は、前記鋼材がコイル状の線材である請求項１に記載の鋼材の表面改善処理方法を提案するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内容についてより詳細且つ具体的に説明して行くことにする。
【００１２】
本発明者等は鋼材の地鉄の表面に生成した異常層を既存の設備や工程を利用しつつ効果的に除去する方法を鋭意研究・検討を行った結果、
前述した従来の酸洗設備を活用して前記異常層を化学的に溶削できるではないかとの着想を得た。このような着想に基づいて各種の溶液を用いて実験を重ねたところ、後述する実施例からも実証されるように特定の強酸溶液中に鋼材を一定時間浸漬処理することにより、この異常層が比較的容易に溶解、除去されることを確認し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
すなわち、この強酸溶液とは、請求項に記載した如く、硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選ばれる強酸に水を適量加えた溶液である。硝酸溶液は１０％以上の硝酸、弗硝酸溶液は硝酸１０％以上で且つ弗酸２％以上、弗硫酸溶液は硫酸１０％以上で且つ弗酸２％以上で構成されたものを指す。
【００１４】
ところで、発明者等の調査の結果から、前述のフェライト脱炭層や傷を含んだ異常層は鋼材の地鉄表面から０．０２〜０．０５ｍｍの深さに及ぶものであることが判明した。従って、本発明における上記の強酸溶液による浸漬処理はこれらの異常層を確実に地鉄から消失させるまで継続して実施するものである。そして具体的には地鉄表面から少なくとも０．０３ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上の深さに亘って表面層が溶解除去されるまでこれを継続して行なう。勿論、必要以上に深く表面層を削除すれば鋼材の歩留まりロスが増大するため、削除される上記深さが１ｍｍを超えるまでに処理を終了させることが好ましい。
【００１５】
また、こうして異常層を削除するための、具体的な処理時間は、強酸溶液の前記濃度や処理温度にもよるが、通常は２分以上を必要とする。
【００１６】
更に、異常層をより完全に無くするにはできれば５分以上継続して処理することが望ましい。ちなみに、従来の酸洗ではスケール等の除去を目的としていることから長くてもせいぜい１分程度で処理を終えており、たとえ本発明で用いる同じ強酸液を使って処理を行った場合でも異常層を取り除くことは不可能である。また、あまり長時間に亘り本処理を継続することも前記のように溶解除去深さが１ｍｍを超えてしまい歩留まりロスを招くことになり、更に生産性を阻害することにもなることから望ましいとはいえない。従って、通常は１５分以下好ましくは１０分以下の処理とすることが良い。勿論、異常層が１ｍｍ前後の深さに達している場合にはこの限りではない。
【００１７】
本発明による浸漬処理は既存の酸洗設備をそのまま利用し、硫酸等による酸洗工程（２分未満の処理）に引き続いて行うことが好ましい。また、同処理は連続的であっても断続的であっても良い。酸洗処理で実施されているように、一定時間、強酸溶液に鋼材を浸漬した後にこれを引き上げて水洗し、再度浸漬して処理する方法を採用することも効率を上げる意味で推奨される。
【００１８】
そして、本発明の処理対象となる鋼材は特に限定されるものではないが、その製造工程において異常層が比較的発生し易く、且つこれが製品品質面で許容できず特に問題となる懸架バネ鋼、弁バネ鋼及び軸受け鋼等の特殊鋼（合金鋼）に適用することが有効である。なお、これらの適用に当たっては従来の酸洗工程と同様にしてコイル状の線材の形態で浸漬処理すれば良い。
【００１９】
以下に本発明に係る実施例を挙げ、その優れた効果を明確にする。
（実施例）
実施例１及び実施例２は、常法により製造した表１に示す成分の懸架バネ鋼（ＳＵＰ７ＮＣ及びＳＲＳ６０Ｃ）の線材コイルを脱炭試験を行って、鋼材の地鉄表層部にフェライト脱炭層が形成されていることを確認した。この線材コイルを酸洗設備に持ち込み、硫酸溶液により表面のスケールを除去した後、４５℃の弗硫酸溶液（弗酸：３〜４％、硫酸：１５〜１８％）に１０分間浸漬する表面改善処理を行った。処理後の線材コイルより供試材を切り出して、線径（長径と短径の平均値）測定し、本処理により溶解除去された深さ（以下表面層除去深さあるいは単に表面層除去深さと言うことがある）を求めると共に地鉄表面の状態を観察した。
【００２０】
表２は上記実施例１及び２に関する処理条件と処理前後の線径、表面層除去深さ及びのフェライト脱炭層（Ｆ脱炭層）の深さの測定結果を示したものである。又図１及び図２は処理前後の供試材の幅方向における地鉄表面層の断面写真を模式的に図示したものである。これら図において最表面の白色部はＦ脱炭層を示している。
【００２１】
これら実施例１及び２の結果から、本処理によって各供試材の地鉄表面層が０．１４〜０．１６ｍｍの深さに至るまで溶解除去されており、処理前に表面より０．０２又は０．０３ｍｍの深さ（層厚）で存在していたフェライト脱炭層が全て消失し、平滑な地鉄表面が現れていることが分かる。
【００２２】
次に、実施例３乃至実施例１４は常法により製造した表３の成分を有する軸受鋼（ＳＵＪＢＢＣＣ）の線材の中で、しわ傷が認められたものを対象とした。すなわち、しわ傷を有する部位を供試材として切り出し、これを塩酸による酸洗を行って表面のスケールを取り除いた後、１０％及び２０％の硝酸溶液、２％の弗酸と１０％硝酸を混合した弗硝酸溶液、２％の弗酸と２０％硝酸を混合した弗硝酸溶液をそれぞれ用い、また浸漬時間を２分、５分及び１０分に変化させて表面改善処理を行った。
表４はこれら処理条件と処理前後の線径、表面層除去深さ及びのしわ傷深さ（しわ傷の最大深さ）を測定した結果である。
【００２３】
又図３乃至図１４はこれらの実施例による処理前後の供試材の長さ方向における地鉄表面層の断面写真を模式的に図示したものである。
【００２４】
これら実施例３乃至１４の結果から、地鉄表面層に形成されたしわ傷についても本処理によって溶解除去できることが明らかである。特に硝酸、弗硝酸のいずれの溶液を用いた場合においても浸漬時間が５分以上では表面層の除去深さが０．０６ｍｍ以上に達し、しかも処理後の地鉄表面も平滑となっており、優れた表面改善効果が得られている。
【００２５】
（比較例）
更に、比較のため、前記実施例１及び２で対象とした表１の同じ懸架バネ鋼（ＳＵＰ７ＮＣ及びＳＲＳ６０Ｃ）の線材コイルから切り出した供試材を、１０％の塩酸溶液に浸漬して処理を行ない、同様な測定、観察を実施した。これらの比較例１乃至４の結果を表５及び図１５乃至図１８に示す。
この結果から、１０分の浸漬処理ではＳＵＰ７ＮＣ及びＳＲＳ６０Ｃはともに処理前のＦ脱炭層（０．０３２ｍｍ及び０．０３３ｍｍ）がそのまま残存しており、溶解除去作用が全く見出されない。更に２０分の浸漬処理においてもＳＵＰ７ＮＣはそのＦ脱炭層（０．０３３ｍｍ）がその４０％程度（０．０１２ｍｍ）残存したままであり、ＳＲＳ６０ＣにおいてもＦ脱炭層（０．０２２ｍｍ）は５０％（０．０１１ｍｍ）残存し、これを取り除く効果に欠けることがわかる。
【００２６】
【表１】
2004002921.tif 000002
【００２７】
【表２】
2004002921.tif 000003
【００２８】
【表３】
2004002921.tif 000004
【００２９】
【表４】
2004002921.tif 000005
【００３０】
【表５】
2004002921.tif 000006
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、地鉄表面層に脱炭層や傷等の異常が認めらる鋼材においても比較的簡単にこの異常を取り除き、製品として十分な表面品質を確保することができるというすこぶる有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食有り、×１００）の状態を示す模式図である。
【図２】実施例２の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食有り、×１００）の状態を示す模式図である。
【図３】実施例３の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図４】実施例４の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図５】実施例５の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図６】実施例６の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図７】実施例７の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図８】実施例８の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図９】実施例９の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１０】実施例１０の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１１】実施例１１の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１２】実施例１２の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１３】実施例１３の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１４】実施例１４の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１５】比較例１の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食有り、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１６】比較例２の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食有り、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１７】比較例３の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食有り、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１８】比較例４の処理前後での供試材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食有り、×１００）の状態を示す模式図である。
【図１】
2004002921.tif 000007
【図２】
2004002921.tif 000008
【図３】
2004002921.tif 000009
【図４】
2004002921.tif 000010
【図５】
2004002921.tif 000011
【図６】
2004002921.tif 000012
【図７】
2004002921.tif 000013
【図８】
2004002921.tif 000014
【図９】
2004002921.tif 000015
【図１０】
2004002921.tif 000016
【図１１】
2004002921.tif 000017
【図１２】
2004002921.tif 000018
【図１３】
2004002921.tif 000019
【図１４】
2004002921.tif 000020
【図１５】
2004002921.tif 000021
【図１６】
2004002921.tif 000022
【図１７】
2004002921.tif 000023
【図１８】
2004002921.tif 000024