本发明涉及钢线材的连续表面处理方法。
背景技术：
以往，为了顺利地进行拉伸加工或锻造加工等冷加工，对热加工后的钢线材进行磷酸盐覆膜处理。该磷酸盐覆膜处理是使钢线材浸泡在储存了磷酸盐溶液的覆膜液槽从而在线材表面形成覆膜的处理，通常是在线卷绕状态下以分批方式(batch system)处理线材。即，施予磷酸盐覆膜处理前的钢线材被卷绕成线卷，首先，将其浸泡在酸洗槽，通过在该酸洗槽中的酸清洗，将阻碍磷酸盐覆膜的形成的氧化皮从上述钢线材的表面去除(除鳞)。除鳞后的钢线材的线卷被浸泡在覆膜液槽中，在该覆膜液槽进行磷酸盐覆膜处理。
这种分批方式的处理具有可以大量生产且处理成本低廉的优点，但另一个方面，存在需要处理大量的废液的问题、以及在线材和线材接触的部分酸洗液或覆膜液不能够完全浸入从而产生酸洗或覆膜处理不均匀的问题。作为解决上述问题的方法，探讨了对束状的钢线材连续地进行除鳞(descaling)、覆膜处理、冷加工等线内方式(inline system)。
该线内方式首先对从线卷卷出的钢线材进行以喷砂处理等物理方式的除鳞，然后，使其通过覆膜液槽内形成覆膜，故此，该方式可以有效地抑制分批方式处理时成为问题的不均匀处理等。但是，由于磷酸盐覆膜通过化学反应而形成，因此该方式存在处理时间长，并且，如果想提高线速度从而提高生产能力，则需要安排巨大设备空间的问题。
为了解决这样的线内方式处理的问题，研发了如专利文献1～专利文献3所示的技术。
专利文献1公开了使用铁锌颗粒对线材进行喷净，以便在线材的表面形成铁锌合金层，然后形成磷酸盐覆膜，由此能够提高钢线材的走线速度的技术。
专利文献2公开了在施予磷酸盐覆膜处理前，使用规定的表面调整用前处理液来进行前处理，由此能够将磷酸盐覆膜的结晶细微化的技术。上述前处理液至少以0.001～30g/L的浓度含有粒径为5μm以下的Mn的磷酸盐粒子，且含有碱金属盐或铵盐或者它们的混合物，并且，该前处理液的pH值被调整为4～13。
专利文献3提出了替代喷砂处理及表面调整剂，使用超高压的喷水将研磨剂和水一起投射到线材，以形成所期望的钢线材表面形状，由此在短时间内形成磷酸盐覆膜的钢材的表面处理方法。
然而，上述各专利文献1～3记载的技术存在以下的问题。
专利文献1记载的技术，由于其包含的除鳞工序使用了铁锌颗粒这样特殊颗粒，因此存在处理成本显著变高的缺点。
专利文献2记载的除鳞工序使用了表面调整剂，其虽然对磷酸盐覆膜的结晶细微化具有较大的效果，但是，由于反应速度本身不是很高，因此不能够充分地满足生产效率。
专利文献3的除鳞工序使用了超高压喷水，随着研磨剂及水的喷射压的提高，钢线材表面的加工变质变得明显。该加工变质越明显，在后续工序进行拉伸加工或锻造加工等冷加工时，产生钢线材的破裂或拉模烧结等加工不良的可能性就越高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开昭62－207512号
专利文献2：日本专利公开公报特开2003－160882号
专利文献3：日本专利公开公报特开平7－80772号
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种钢线材的连续表面处理方法，既能抑制钢线材表面的加工变质，又能以低成本和高生产效率对钢线材在短时间内形成磷酸盐覆膜。
本发明所提供的钢线材的连续表面处理方法，是连续地处理冷加工前的钢线材的表面的方法，其包括：将磷酸盐覆膜连续地形成在所述钢线材的工序；在形成该磷酸盐覆膜前，对所述钢线材表面喷射包含颗粒状研磨粒子的浆料，使得在该钢线材的表面生成新生面的除鳞工序。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的连续表面处理方法的工序的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的连续表面处理方法的实施方式进行详细说明。
如图1所示，本发明的连续表面处理方法是对钢线材(条钢线材)W进行拉伸等冷加工的生产线1(拉伸生产线和锻造生产线)的方法。具体而言，本实施方式的连续表面处理方法包括：为了确保在拉伸加工之际拉模5和钢线材W之间的润滑在上述钢线材W的表面上形成作为润滑剂的基础的磷酸盐覆膜的覆膜工序P5；和为了提高润滑性在上述磷酸盐覆膜上赋予可覆盖该磷酸盐覆膜的含有金属皂等的润滑剂的循环工序P6。
具体而言，如图1所示，本实施方式的连续表面处理方法包括：卷出工序P1、校正工序P2、除鳞工序P3、预热(线材预热)工序P4、上述覆膜处理P5、上述润滑处理工序P6、干燥工序P7、拉伸工序P8、卷绕工序P9。上述卷出工序P1，钢线材被从供给站2的线卷卷出。上述校正工序P2，将在上述卷出工序P1卷出的钢线材W通过校正机3校正为直线状。上述除鳞工序P3除去附着在钢线材W的表面的氧化皮。上述线材预热工序P4对除鳞后的钢线材W进行预热。上述覆膜处理P5，将上述预热后的钢线材W浸泡在被覆液槽，在此，在该钢线材的表面形成磷酸盐覆膜。上述润滑处理工序P6，对覆膜处理后的钢线材赋予可以覆盖上述覆膜的金属皂等的润滑剂。该润滑剂，在之后的拉伸工序P8进行冷加工时，形成在钢线材W的表面和拉模之间所需要的润滑状态。卷绕工序P9将施加了拉伸等冷加工后的钢线材W进行卷绕。
上述除鳞工序P3与上述覆膜处理工序P5之间的上述预热工序P4，也可以根据规格而省略。而且，在润滑处理工序P6使用的润滑剂为液体的情况下，在该润滑处理工序P6和上述拉伸工序P8之间，例如，也可以进行使上述润滑油干燥的干燥工序P7。
其次，对以上述连续表面处理方法表面处理的钢线材及构成该连续表面处理方法的各工序的内容进行说明。
以本实施方式的连续表面处理方法处理的钢线材W是用热轧机以长尺寸的线状压延钢或不锈钢等的钢线材，其直径为5.0mm～55mm。该钢线材W在上述压延后作为线卷而被卷绕。上述压延后，为了调整钢线材的组织或机械特性等，也可以追加对该钢线材W以间歇炉或连续炉等进行的热处理。
上述卷出工序P2将该钢线材W从配置在供应台2的钢线材W的线卷线状地卷出。该供应台2是支撑热轧后的钢线材的线卷以便使钢线材的线卷的轴心朝向上下方向或水平方向的设备。钢线材W的卷出，例如，通过将该钢线材W向线卷的上方或生产线的下游侧拔出而解卷，或者，使线卷本身在水平面内一边旋转一边卷出钢线材W来进行。
上述校正工序P3使用校正机3校正上述钢线材W的卷曲。该校正机3具有多个校正辊4，这些校正辊4进行强制解除从供应台2卷出的钢线材W的卷曲。具体而言，在热轧后通过让卷绕成线状的钢线材W依次通过上述多个校正辊4来解除该钢线材W的卷曲。被校正机3校正为直线状的钢线材被供给到下个除鳞工序P3。
上述除鳞工序P3从被校正机3校正为直线状的钢线材W的表面除去氧化皮。在本实施方式，通过向上述钢线材W的表面喷射包含颗粒状研磨粒子的浆料的湿式喷砂(wet blast)进行该表面上的除鳞。该除鳞工序P3的详细情况后述。
上述预热工序P4将除鳞后的钢线材W在磷酸盐覆膜处理前进行预热。该预热，例如，通过对去除了氧化皮的钢线材W喷加热的水或蒸气，或者，通过高频感应加热等直接加热钢线材来进行，据此，钢线材W被预热到与用于磷酸盐覆膜处理的温度大约相同的温度。该预热能促进在该预热后形成磷酸盐覆膜时的化学反应，可以增加该磷酸盐覆膜的形成速度。该预热的详细情况也稍后再述。
上述处理工序P5，通过向磷酸盐覆膜液浸泡钢线材W，在该钢线材W的表面形成磷酸盐覆膜。该覆膜，担负着在上述的拉伸等冷加工过程中将润滑剂引入拉模内的载体的任务，作为润滑油使用的石灰皂或金属皂等的基础层而形成。
磷酸盐覆膜通过化学反应而形成，处理温度越高就越促进该化学反应。因此，不仅钢线材W而且覆膜处理液也优选预热到与线材的温度大约相同的温度60℃～80℃左右。认为：通过提高全酸度促进侵蚀反应，从而促进覆膜反应。因此，提高全酸度作为缩短覆膜处理时间的方法是有效的。
上述润滑处理工序P6，对在上述覆膜处理工序P5被磷酸盐覆膜覆盖的钢线材W的表面赋予含有石灰皂的金属皂的润滑剂以便覆盖该被覆膜。在该润滑剂为液体的情况下，优选在其次的干燥工序P7进行对该润滑油的干燥。对被这样的润滑剂覆盖的钢线材W，通过加工设备(在拉伸工序P8为拉伸机5)进行在拉伸工序P8作为代表的冷加工。通过上述润滑剂对上述钢线材W的覆盖可以钢线材W一边被润滑一边被进行冷加工，能够顺利地进行钢线材的加工。
该连续表面处理方法，作为上述覆膜处理工序P5的前处理，包括上述除鳞工序P3，并且，在该除鳞工序P3中，对钢线材W的表面喷射包含颗粒状研磨粒子的浆料。如前述所述，优选在上述覆膜处理工序P5之前进行预热工序P4。上述除鳞工序P3和预热工序P4，既能抑制上述钢线材W的表面的加工变质又能在钢线材W的表面短时间内形成生产效率高的磷酸盐覆膜。其详细情况在以下进行说明。
上述除鳞工序P3，如上所述，包括使用喷射包含颗粒状研磨粒子的浆料的湿式喷砂进行除鳞的情况。上述湿式喷砂，通过将作为水和硬质粒子混合成的混合物的浆料以高压的空气从多个喷嘴朝向对象物喷射，使该浆料与钢线材W的表面产生冲击从而剥离该钢线材W表面的氧化皮。
上述多个喷嘴，被配备在沿周向排列的多个位置，优选在3个以上的位置。该多个喷嘴以隔开几乎均等的角度间隔沿绕钢线材的轴心的周向而配备，被配置成让基于该多个喷嘴的多个喷射区域能全周向地覆盖钢线材的表面为宜。各喷嘴的位置优选以让各喷嘴的喷射区域相互不干扰的方式分散于钢线材的传送方向上。具体而言，该多个喷嘴优选沿着金属线材的轴心的传送方向锯齿状地(沿着钢线材的轴心观察时喷嘴被沿着周向左右交替地分布)配置，或者螺旋状地配置。
上述湿式喷砂，通过将浆料的喷射压调整到适当的范围，可以将喷射的研磨材料给对象物带来的冲击抑制成较小，在这种情况下，与喷砂处理(shot blast)或水喷射(喷射压在100MPa左右)相比较，不容易给对象造成损坏。具体而言，在不使用液体的干式喷砂处理(dry shot blast)或即使用水但以非常高的空气压力进行水喷射的情况下，产生在钢线材的表面的加工变质层有变厚的倾向，在冷加工时可能导致钢线材的破裂或拉模烧结等的加工不良。对此，如果进行将水和硬质粒子的混合物的浆料以适当的喷射压喷到钢线材的湿式喷砂，与喷砂处理或水喷射相比较，可以使产生在钢线材的表面的加工变质层变薄，可以使通过研磨材料的冲击硬化的钢线材表面的加工硬化量和加工硬化深度等变小。因此，在后述的磷酸盐覆膜处理后的冷加工过程中，引起钢线材的破裂或拉模烧结等加工不良的可能性可显著地降低。
具体而言，上述浆料，例如，优选以0.2MPa以上0.6MPa以下的喷射压进行喷射。0.2MPa以上的喷射压使后述的新生面的形成成为可能。而且，0.6MPa以下的喷射压与用比该喷射压高的喷射压进行的处理相比较，抑制钢线材的破裂或拉模烧结等加工不良的效果更为显著。
该方法的特征在于上述的浆料含有颗粒状研磨粒子。该颗粒状研磨粒子是指在JIS Z0311作为喷砂处理用金属系研磨材料而规定的颗粒，该粒子在使用前的状态为具有棱角而角突出的形状，在其表面之中的圆形部分粒子占全表面的比例为1/2以下。因此，该颗粒状研磨粒子是在JIS Z 0311规定的喷射处理用金属系研磨材料，即，与“在使用前的状态为不存在棱角、破碎面或其它锐利的表面凹陷，长径为短径的两倍以内的球形状的粒之”在形状上有很大区别。
如果使用这种颗粒状研磨粒子，即使是用比如上所述水喷射低的喷射压喷射浆料的湿式喷砂，也可以在钢线材的表面形成许多凹凸。并且，由于通过基于颗粒状研磨粒子的角部的细微的表面切削在钢线材的表面能获得新生面，在后续的磷酸盐覆膜处理过程中能够促进化学反应，短时间内就可以得到磷酸盐覆膜。也就是说，只要将上述浆料中的上述颗粒状研磨粒子的含有率设定在通过向上述金属线材W的表面喷射上述浆料在该表面就能够生成上述新生面的程度即可。在此，“新生面”是指通过上述浆料的喷射能够切削上述氧化皮以及金属线材W的旧表层而出现其下侧的金属线材W的新部分的表面。
构成上述颗粒状研磨粒子的金属的种类没有限定。出于除鳞工序的可加工性的考虑，上述金属优选选定成由硬度比被处理的钢线材的硬度更高的粒子来构成。具体而言，颗粒状研磨粒子，出于防止向钢线材表面的刺入残留的考虑等，优选使用韧性较好的钢或不锈钢。
另一方面，在上述“预热工序”，通过将钢线材预热到接近磷酸盐覆膜处理使用的磷酸盐覆膜液的温度，因为能够促进形成磷酸盐覆膜时的化学反应，所以该预热的处理条件也很大程度地影响连续表面处理的效率。
例如，如果在预热过程中加热钢线材的温度不足60℃，则预热的效果变小，不能够充分地形成磷酸盐覆膜。反之，如果预热超过80℃的温度，则会使磷酸盐覆膜的液温过度地上升，引起加水分解，使得覆膜处理液变质，生产效率和成本方面反而不好。
另外，如果将因湿式喷砂成为湿润状态的钢线材为了预热使其变成干燥状态，则预热时在钢线材的表面形成氧化覆膜，在磷酸盐覆膜的形成处理有可能引起反应的阻碍。但是，在80℃以下的低温预热不超过60秒的期间进行时，在该预热过程中氧化覆膜几乎不会形成到具有较大厚度。因此，在预热过程中生成的氧化覆膜在其后的磷酸盐覆膜形成之际不会产生因上述反应的阻碍，据此，能够获得通过预热促进化学反应的优异效果。
如上所述，本发明提供的钢线材的连续表面处理方法，不会给钢线材的表面带来显著的加工变质，可以在短时间内以低成本和高生产效率对钢线材形成磷酸盐覆膜。该方法是对冷加工前的钢线材的表面连续地处理的方法，其包括：连续地在上述钢线材形成磷酸盐覆膜的工序；在形成该磷酸盐覆膜前，对上述钢线材的表面喷射包含颗粒状研磨粒子的浆料，使得在该钢线材的表面生成新生面的除鳞工序。
当使用上述颗粒状研磨粒子时，该颗粒状研磨粒子的角部细微地切削表面，从而在钢线材的表面生成新生面，故此促进后续磷酸盐覆膜处理过程中的化学反应，可以在短时间内得到磷酸盐覆膜。
因此，该连续表面处理方法，通过将上述浆料的喷射压调整在适当的范围，例如，在0.2MPa以上0.6MPa以下的范围，进行湿式喷砂还能促进上述磷酸盐覆膜的形成，据此，可以使生成在钢线材的表面的加工变质层和钢线材表面的加工硬化量、加工硬化深度等变小。
并且，当包括预热工序(该预热工序在上述除鳞工序后且上述覆膜处理工序前，进行预热上述钢线材)的情况下，通过该预热工序，可以使上述钢线材的温度接近磷酸盐覆膜液的温度，例如接近60℃以上80℃以下的温度，据此，可以促进形成磷酸盐覆膜之际的化学反应。因此，可以在更短时间内对钢线材高效率地形成磷酸盐覆膜。
(实施例)
其次，通过参照实施例及比较例对上述连续表面处理方法的作用效果进一步进行详细说明。
上述实施例及比较例都是基于对钢(SUJ2)制的钢线材(φ11.0mm)按照球状化退火、连续表面处理、拉伸、锻造的顺序进行的实验。上述连续表面处理包含基于湿式喷砂的除鳞、预热、磷酸盐覆膜处理、使用石灰皂的润滑以及干燥。
上述实验条件的详细如下所示。
(1)通过除鳞应去除的氧化皮
化学组成：Fe3O4(60％)、Fe2O3(40％)
厚度：2μm
(2)关于湿式喷砂
使用的设备：Macoho株式会社制造的通用湿式喷砂装置
研磨材料：VULKAN INOX GmbH.制GRITTAL GH10
平均研磨剂半径：0.113μm
空气压力：0.4Mpa
线材与喷嘴角度：90℃左右
线材与喷嘴的距离：100mm
浆料中的研磨剂浓度：15％
(3)关于预热
使用的热介质：温水(40～80℃)
处理时间：60秒
(4)关于磷酸盐覆膜
使用的磷酸盐处理剂：日本Parkerizing PB-3670X
总酸度：90pt※
覆膜液温度：40℃～80℃
处理时间：10秒
※用于表示总酸度的“pt”是磷酸盐覆膜处理液的浓度单位，是指为了中和10mm磷酸盐覆膜处理液所需要的0.1N的NaOH的ml数。
(5)关于润滑
使用的石灰皂：井上石灰工业MAC－A20
处理温度：40℃～80℃
处理时间10秒
(6)其它
拉伸的压缩率：12％(φ11mm→φ10.3mm)
锻造：前方挤压加工，压缩率50％
上述实验的结果如表1所示。在表1中，表示“拉伸结果”和“锻造结果”的符号之中，“×”表示立即产生了烧结或破裂的情况，“○”表示没有产生烧结且没有产生破裂并且可以进行冷加工的情况，“△”表示虽然没有产生烧结但是拉模的寿命有点变短出现了烧结的先兆的情况。本发明的发明人通过该实验确认了在“拉伸结果”及“锻造结果”都不是×的情况下处理后的钢线具有充分的性能，以此为优选实施例，将只有一方不是×的实施例作为次级实施例来对待。
当关注于表1的实验例1～实验例5时，使用了球状的研磨粒子进行除鳞的实验例1～3的覆膜附着量为2.7g/m2～3.2g/m2，相对与此，使用了颗粒状研磨粒子进行除鳞的实验例4、5的覆膜附着量为5.0g/m2、5.2g/m2，则可以看出覆膜附着量大幅增加。因此，通过使用颗粒状研磨剂(研磨粒子)进行除鳞，可以大幅度地提高生产效率。
另外，当关注于表1的实验例4、实验例5时，使用了水喷射(WJ)进行除鳞的实验例4与使用了湿式喷砂(WB)进行除鳞的实验例5，则覆膜附着量几乎相同。然而，从“拉伸结果”和“锻造结果”观察到湿式喷砂(WB)比水喷射(WJ)具有更为优异的拉伸性和锻造性。具体而言，实验例4表示虽然可以拉伸但是锻造困难的情况，相对与此，实验例5表示拉伸及锻造都可以得到良好结果的情况。由此，可以得出利用湿式喷砂以适当的喷射压的除鳞能够抑制对钢线材的表面的加工变质，提高拉伸和锻造等可加工性的效果更为显著。
另一方面，当关注于表1的实验例6～实验例8时，则可以得出预热温度越高覆膜附着量就越增加，拉伸性和可加工性变好。预热温度为40℃的实验例6表示覆膜附着量为4.2g/m2，锻造后的样品看到呈示烧结的先兆的光泽，预热温度为60℃及80℃的实验例8及实验例9表示覆膜附着量变为5.0g/m2～6.4g/m2，锻造后的表面也变成更好的状态。由此，可以得出：在覆膜处理前，先进行预热，优选进行60℃以上80℃以下的预热，从而提高走线速度，生产效率大幅上升。
此外，当将研磨剂的材质为氧化铝的实验例9、与颗粒状研磨剂的材质为钢的实验例8相比时，虽然覆膜附着量几乎相同但是拉模寿命有点变短，其“拉伸结果”和“锻造结果”的评价为△。认为这原因在于，氧化铝比钢的韧性差，在除鳞过程中该氧化铝会刺入残存于线材，从而在后续工序的拉伸加工和锻造加工时产生烧结。故此，颗粒状研磨剂的材质优选为韧性高的钢。
另外，此次公开的实施例只不过是例举了本发明的特点，但对本发明没有任何限制。特别是在此次公开的实施例中没有明确公开的事项，例如，运转条件或操作条件、各种参数、构成物的尺寸、重量、体积等，并不偏离本领域技术人员通常实施的范围，采用普通的本领域技术人员容易想到的值。