(57)【要約】【課題】短時間で金属材料を表面処理することができる表面処理方法を提供する。【解決手段】鍛造加工用の金属材料を表面処理する方法であって、非酸化雰囲気中で金属材料を加熱する焼き鈍し工程と、焼き鈍し工程後の金属材料の表面に潤滑被膜を形成する被膜形成工程を備えている。この表面処理方法によれば、非酸化雰囲気中で金属材料を焼き鈍しするので、焼き鈍し工程で金属材料の表面に酸化膜が形成されない。したがって、焼き鈍し工程後に酸化膜を除去する必要がない。このため、短時間で金属材料の表面処理を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造加工用の金属材料を表面処理する方法であって、
非酸化雰囲気中で金属材料を加熱する焼き鈍し工程と、
焼き鈍し工程後の金属材料の表面に潤滑被膜を形成する被膜形成工程、
を備えていることを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
焼き鈍し工程後に金属材料の温度が常温まで低下する前に、被膜形成工程を開始することを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の表面処理方法によって表面処理された金属材料を鍛造加工することによって、鍛造品を製造する方法。
【請求項４】
鍛造加工用の金属材料を表面処理する表面処理システムであって、
非酸化雰囲気中で金属材料を加熱する加熱炉と、
金属材料の温度を検出する温度検出手段と、
金属材料の表面に潤滑被膜を形成する被膜形成装置と、
加熱炉で加熱後の金属材料の温度が所定の温度範囲内にある状態で、金属材料を被膜形成装置に供給する供給装置、
を備えていることを特徴とする表面処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造加工用の金属材料を表面処理する表面処理方法とその表面処理方法に用いる表面処理システムに関する。また、その表面処理方法によって表面処理された金属材料を鍛造加工して鍛造品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鍛造加工に用いる金属材料の表面処理を行う技術が知られている。
例えば、金属材料の表面に酸化膜が形成されていると、鍛造加工時に鍛造品中に酸化膜が混入して鍛造品の強度が低下することがある。このため、鍛造加工の前に、金属材料の表面の酸化膜を除去する処理が行われる。この処理は、多くの場合、金属材料に向けて粒状の固体（以下、粒状体という）を噴射するブラスト処理により行われる。
また、金属材料をそのまま鍛造加工すると、鍛造型と金属材料との摩擦が大きいために好適に鍛造加工を行うことができない場合がある。このため、鍛造加工の前に、金属材料の表面に被膜（鍛造型との摩擦を低減させる被膜（以下では、潤滑被膜という））を形成する処理が行われる。この処理は、多くの場合、適切な温度まで金属材料を予熱した後に、金属材料を溶液に浸漬する等して潤滑被膜を形成することにより行われる。金属材料を予熱することで、金属材料の表面に潤滑被膜が成長することを促進することができる。
【０００３】
一般に、鍛造加工用の金属材料は、以下の方法によって表面処理される。まず、金属材料を加熱することで、金属材料中の残留応力を緩和する（焼き鈍し工程）。焼き鈍し工程を実行すると、金属材料の表面に酸化膜が形成される。したがって、焼き鈍し工程後に、ブラスト処理によって金属材料の表面の酸化膜を除去する（ブラスト工程）。次に、金属材料を加熱した液体に浸漬する（予熱洗浄工程）。予熱洗浄工程では、液体によって金属材料を加熱（予熱）するとともに、ブラスト工程後に金属材料の表面に残存する粒状体を洗い流す。予熱工程が終了したら、金属材料を溶液に浸漬し、金属材料の表面に潤滑被膜を形成する（被膜形成工程）。
このように表面処理した金属材料を鍛造加工することで、高品質の鍛造品を製造することができる。
【０００４】
なお、特許文献１には、リン酸塩（潤滑被膜を形成する材料）を金属材料に向けて噴射するブラスト処理により、金属材料の表面処理を行う技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３１５１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した金属材料の表面処理方法では、焼き鈍し工程において金属材料の表面に酸化膜が形成されるために、焼き鈍し工程後にブラスト工程を実施する必要があった。このため、表面処理に要する時間が長時間となるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、短時間で金属材料を表面処理することができる表面処理方法を提供する。また、その表面処理方法によって表面処理された金属材料を鍛造加工して鍛造品を製造する方法を提供する。また、その表面処理方法に用いることができる表面処理システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、鍛造加工用の金属材料を表面処理する表面処理方法を提供する。この表面処理方法は、非酸化雰囲気中で金属材料を加熱する焼き鈍し工程と、焼き鈍し工程後の金属材料の表面に潤滑被膜を形成する被膜形成工程を備えている。
なお、「非酸化雰囲気中で金属材料を加熱する」とは、金属材料が酸化されない雰囲気中で金属材料を加熱することを意味する。より具体的には、金属材料を酸化する酸化ガス（例えば酸素等）が存在しない雰囲気中で金属材料を加熱することを意味するが、制御不可能な程度の微量な酸化ガスが雰囲気中に存在していてもよい。このように微量な酸化ガスが存在していたとしても金属材料は略酸化されないので、実質的には雰囲気中に酸化ガスが存在していないことと等しい。非酸化雰囲気には、例えば、窒素雰囲気や真空雰囲気等が含まれる。
この表面処理方法では、非酸化雰囲気中で加熱することによって金属材料を焼き鈍しする。したがって、焼き鈍し工程を実行しても、金属材料の表面に酸化膜が形成されない。このため、ブラスト工程を実行する必要がない。ブラスト工程を実行することなく被膜形成工程を実行できるので、短時間で金属材料を表面処理することができる。
【０００９】
上述した表面処理方法においては、焼き鈍し工程後に金属材料の温度が常温まで低下する前に、被膜形成工程を開始することが好ましい。
このような構成によれば、焼き鈍し工程の熱を利用して被膜形成工程を実行することができる。したがって、被膜形成工程の前に金属材料を予熱する必要がない。これによって、より短時間で金属材料を表面処理することができる。
【００１０】
また、上述した表面処理方法によって表面処理された金属材料を鍛造加工することによって、高い製造効率で鍛造品を製造することが可能となる。
【００１１】
また、本発明は、上述した表面処理方法に用いることができる表面処理システムを提供する。この表面処理システムは、非酸化雰囲気中で金属材料を加熱する加熱炉と、金属材料の温度を検出する温度検出手段と、金属材料の表面に潤滑被膜を形成する被膜形成装置と、加熱炉で加熱後の金属材料の温度が所定の温度範囲内にある状態で、金属材料を被膜形成装置に供給する供給装置を備えている。
この表面処理システムによれば、短時間で金属材料の表面処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、短時間で金属材料の表面処理を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（特徴１）被膜形成工程では、非ボンデ膜（リン酸塩を含まない潤滑被膜）を形成する。
（特徴２）被膜形成工程は、焼き鈍し工程後の金属材料の温度が７０℃未満の温度に低下する前に開始する。
【実施例】
【００１４】
本発明を適用した実施例の鍛造品の製造方法について説明する。なお、一般に、鍛造加工用の金属材料の潤滑被膜としてボンデ膜（リン酸塩を含む潤滑被膜）を形成することが多いが、近年ではボンデ膜の形成時に生じる廃液が環境上問題となることが指摘されている。したがって、本実施例では、潤滑被膜として非ボンデ膜（リン酸塩を含まない潤滑被膜）を形成し、鍛造加工を実施する。
【００１５】
図１は、本実施例の鍛造品の製造ラインを示している。図１に示すように、製造ラインは、切断装置１０と、加熱炉１２と、温度センサ１４と、搬送装置１６と、被膜形成装置１８と、鍛造装置２０を備えている。温度センサ１４は、加熱炉１２内の金属材料の温度を測定する。搬送装置１６は、加熱炉１２から被膜形成装置１８に金属材料を搬送する。また、図２は、本実施例の鍛造品製造方法を示すフローチャートである。本実施例の鍛造品製造方法では、図１に示す製造ラインを用いて、図２に示すフローチャートを実行する。
【００１６】
ステップＳ２の切断工程では、切断装置１０によって、棒状の金属材料を適切な大きさに切断する。
【００１７】
ステップＳ４の焼き鈍し工程では、加熱炉１２によって切断後の金属材料を加熱する。焼き鈍し工程では、まず、金属材料を加熱炉１２内に載置する。次に、加熱炉１２内に窒素を充填する。窒素を充填したら、加熱炉１２によって金属材料を加熱する。これによって、金属材料中の残留応力が緩和される。また、このように、窒素雰囲気中で金属材料を加熱することで、金属材料の酸化を防止することができる。したがって、焼き鈍し工程を実行しても、金属材料の表面には酸化膜が形成されない。金属材料を所定時間加熱したら、加熱を停止して金属材料を冷却する。温度センサ１４によって検出される金属材料の温度が９０℃程度まで冷却されたら、搬送装置１６によって、金属材料を加熱炉１２から被膜形成装置１８に供給する。
【００１８】
ステップＳ６の被膜形成工程では、被膜形成装置１８により金属材料の表面に潤滑被膜（非ボンデ膜）を形成する。すなわち、搬送装置１６によって搬送された金属材料は、被膜形成装置１８内に貯められている溶液（潤滑被膜を形成するための溶液）に浸漬される。金属材料は、溶液に所定時間だけ浸漬される。なお、搬送装置１６によれば、加熱炉１２で加熱後の金属材料が７０℃未満の温度に低下する前に（すなわち、金属材料が７０℃以上の温度に維持されている状態で）被膜形成装置１８に供給される。非ボンデ膜はボンデ膜に比べて成長し難いが、７０℃以上の温度に維持されている金属材料を溶液に浸漬することで非ボンデ膜の成長が促進される。したがって、非ボンデ膜を好適に形成することができる。
【００１９】
ステップＳ８の鍛造加工工程では、潤滑被膜を形成した金属材料を鍛造装置２０の金型でプレスすることによって、鍛造品を鍛造加工する。金属材料の表面には潤滑被膜が形成されているので、金属材料と金型との摩擦が小さく、好適に鍛造加工を行うことができる。また、金属材料の表面には酸化膜が形成されていないので、高品質の鍛造品を製造することができる。
【００２０】
以上に説明したように、本実施例の鍛造品の製造方法では、ステップＳ４の焼き鈍し工程において窒素雰囲気中で金属材料を加熱する。したがって、金属材料の表面に酸化膜が形成されない。このため、酸化膜を除去する工程を実行する必要がない。短時間で金属材料の表面処理を実施することができる。
また、本実施例の鍛造品の製造方法では、ステップＳ４の焼き鈍し工程後の金属材料が、７０℃未満の温度まで温度低下する前に、ステップＳ６の被膜形成工程を実行する。したがって、被膜形成工程を実行する前に、金属材料を予熱する必要がない。これによって、より短時間で金属材料の表面処理を実施することができる。
【００２１】
以上に説明したように、本実施例の鍛造品の製造方法では、従来の製造方法に比べて工程の数を大幅に減らすことができる。
図３は、比較例として従来の鍛造品の製造方法におけるフローチャートを示している。従来の製造方法では、ステップＳ１４の焼き鈍し工程を空気雰囲気中で行うので、焼き鈍し工程中に金属材料の表面に酸化膜が形成されてしまう。したがって、焼き鈍し工程後に、ステップＳ１６のブラスト工程と、ステップＳ１８の湯洗工程を実施する必要があった。図３に示すように、ブラスト工程は１個流しで６０秒の工数を要し、湯洗工程は７個流しで６０秒の工数を要する。
一方、本実施例の鍛造品製造方法では、図２に示すように、ブラスト工程と湯洗工程を実施しない。したがって、短時間で鍛造品を製造することができる。特に、長時間を要するために７個流しをする必要があった湯洗工程を省略できるので、被膜形成工程を１個流しで実施することができる（図３の従来の製造方法では、ステップＳ２０の被膜形成工程を７個流しで行う）。したがって、焼き鈍し工程後の各工程を全て１個流しで行うことができる。このため、製造ライン中に仕掛り品をストックすることなく、ジャストインタイムで鍛造品を製造することができる。また、本実施例の製造方法では、工程の数が減少するため、工程の管理項目が少なって鍛造品の品質管理が容易となる。また、鍛造品の品質バラツキも少なくなる。
【００２２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】鍛造品の製造ラインを示すブロック図。
【図２】実施例の鍛造品の製造方法を示すフローチャート。
【図３】従来の鍛造品の製造方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２４】
１０：切断装置
１２：加熱炉
１４：温度センサ
１６：搬送装置
１８：被膜形成装置
２０：鍛造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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