冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法
【課題】比較的少なく且つ簡素な工程によって、表面にシュウ酸塩皮膜を強固に密着させたステンレス鋼線（線材）を確実に提供できるステンレス鋼線の製造法を提供する。
【解決手段】断面ほぼ円形のステンレス鋼からなる線材ｗ１の表層を皮剥きする皮剥き工程Ｓ３と、皮剥きされたステンレス鋼の線材ｗ２の表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程Ｓ４と、表面にシュウ酸塩被膜が被覆されたステンレス鋼の線材ｗ３を伸線ダイスｄに通して縮径する伸線工程Ｓ５と、を含む、冷間鍛造性に優れたステンレス鋼の線材ｗ４の製造方法。
【解決手段】断面ほぼ円形のステンレス鋼からなる線材ｗ１の表層を皮剥きする皮剥き工程Ｓ３と、皮剥きされたステンレス鋼の線材ｗ２の表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程Ｓ４と、表面にシュウ酸塩被膜が被覆されたステンレス鋼の線材ｗ３を伸線ダイスｄに通して縮径する伸線工程Ｓ５と、を含む、冷間鍛造性に優れたステンレス鋼の線材ｗ４の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法に関する。尚、本発明の鋼線（線材）には、ステンレス鋼からなり、直径が４ｍｍ以上の棒材も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼からなる線材（棒材を含む）は、これを所定長さに切断したブランクを冷間鍛造する際の成形性を良好にするため、予め、その表面にシュウ酸塩皮膜が被覆されている。しかし、係るステンレス鋼からなる線材の表面には、Ｃｒ系酸化物などの不動態膜が形成されているので、シュウ酸塩とステンレス鋼とが反応し難く、仮に反応してステンレス鋼の表面に被覆されても、係るシュウ酸塩皮膜は、剥離し易い。このため、冷間鍛造時に、シュウ酸塩皮膜が剥離してブランクと金型との間で、焼き付きや製品のカジリ（部分欠損）を生じ易くなる。
上記シュウ酸塩皮膜の剥離を防ぐため、ステンレス鋼を塩基性溶液に浸漬して、表面の不動態膜を除去し且つ断面ほぼ凹凸形の孔食を形成すると共に、係る孔食内を含む表面にシュウ酸塩などの潤滑性皮膜を形成した有皮膜ステンレス鋼およびその製造法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９８５４号公報 （第１〜１０頁、図１）
【０００４】
前記特許文献１の有皮膜ステンレス鋼によれば、塩基性溶液に浸漬することで、表面の不動態膜が除去できると共に、断面ほぼ凹凸形の孔食内に前記潤滑性皮膜の一部が進入している。このため、係る皮膜がアンカー効果を伴ってステンレス鋼の表層に密着するので、潤滑性皮膜が剥離し難くなる、という効果が得られる。
しかし、前記断面ほぼ凹凸形（平均深さが０．１〜２０μｍ）の孔食を、ステンレス鋼の表面において、ほぼ均一に形成するには、塩基性溶液中に１５分〜１時間ほど浸漬する工程（特許文献１の段落番号（００３８）参照）が必要となる。このため、所定の直径を得るために上記工程の管理が煩雑となり、且つステンレス鋼の溶損量が多くなるため、特に細径のステンレス鋼線には、不向きであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、比較的少なく且つ簡素な工程によって、表面にシュウ酸塩皮膜を強固に密着させたステンレス鋼線を確実に提供できる冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造法を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するするため、ステンレス鋼の表面に自動的に被着される不動態膜を最小限の厚みとし、その表面上にシュウ酸塩皮膜を被覆する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による第１の冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法（請求項１）は、断面ほぼ円形のステンレス鋼線の表層を皮剥きする皮剥き工程と、皮剥きされたステンレス鋼線の表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程と、表面にシュウ酸塩被膜が被覆された上記ステンレス鋼線を伸線ダイスに通して縮径する伸線工程と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、皮剥き工程においてステンレス鋼線の表層に形成されていたＣｒ系酸化物などの不動態膜が除去され、且つ次の皮膜工程まで間に生成される極薄の不動態膜のみが表層を覆うため、シュウ酸塩被膜と母材のステンレス鋼との反応性が向上する。このため、ほぼ均一な厚みのシュウ酸塩被膜が表面全体に被覆されたステンレス鋼線が得られる。従って、冷間鍛造の際に、焼き付きや製品のカジリなどを低減し、精度の良い冷間鍛造を施すことが可能となる。
【０００８】
尚、前記皮剥き工程の前には、前記ステンレス鋼線を所要の線径に仕上げ圧延する圧延工程と、係るステンレス鋼線の加工歪みを除去するための歪み取り焼鈍を行う熱処理工程と、が予め行われている。
また、前記皮剥き工程は、前記ステンレス鋼線の表層を切削加工によって、約０．２〜０．５ｍｍの厚みで切除するものである。
更に、前記皮剥き工程後におけるステンレス鋼線の表面には、その表面形状に倣った極薄い厚み（数ｎｍ）のＣｒ系酸化物などの不動態膜が生成されている。
【０００９】
また、前記伸線工程は、伸線前のステンレス鋼線の断面積を、伸線後で約３〜８％の減面率で減縮（縮径）するものである。
更に、本発明の対象となるステンレス鋼には、フェライト系、マルテンサイト系、あるいはオーステナイト系ステンレス鋼が含まれ、これらの線材（鋼線）には、直径が１０ｍｍ以下（例えば、直径４ｍｍ）の線材のほか、直径が２０ｍｍ超（例えば、直径２５ｍｍ）の棒材も含まれる。
加えて、前記冷間鍛造には、室温（常温）での鍛造のほか、対象となるステンレス鋼の再結晶温度未満の温度帯、あるいは温間鍛造温度域よりも低い温度に加熱した状態で行う形態も含まれている。
【００１０】
一方、本発明による第２の冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造法（請求項２）は、断面ほぼ円形のステンレス鋼線の表層を皮剥きする皮剥き工程と、表層が皮剥きされた上記ステンレス鋼線に塩化第２鉄溶液を接触させて、係るステンレス鋼線の表面を肌荒らしする肌荒らし工程と、上記ステンレス鋼線の肌荒らしされた表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程と、表面にシュウ酸塩被膜が被覆された上記ステンレス鋼線を伸線ダイスに通して縮径する伸線工程と、を含む、ことを特徴とする。
【００１１】
これによれば、皮剥き工程でステンレス鋼線の表層に形成されていたＣｒ系酸化物などの不動態膜が除去され、且つ次の肌荒らし工程で母材のステンレス鋼の表面が塩化第２鉄溶液による腐食作用で微細な凹凸面となる。このため、次の被膜工程までの間に、上記ステンレス鋼線の表面には、上記微細な凹凸面に倣った極薄で断面ほぼ波形状のＣｒ系酸化物などからなる不動態膜が生成される。その結果、次いで表面に被覆されるシュウ酸塩被膜との接触面積が増大するため、ほぼ均一で所要の厚みを有するシュウ酸塩被膜が表面全体に被覆されたステンレス鋼線が得られる。従って、冷間鍛造するに際し、焼き付きやカジリなどをなくすか低減でき、形状および寸法精度の良い冷間鍛造を施すことが可能となる。
尚、前記肌荒らし工程は、ステンレス鋼線を塩化第２鉄溶液中に所要時間にわたって浸漬するか、係る溶液を所要時間スプレーまたはシャワーして行われる。
【００１２】
付言すれば、本発明には、ステンレス鋼からなり断面ほぼ波打ち形状の表面を有するステンレス鋼の母材と、係る母材の波打ち形状の表面に被覆され且つ係る表面に倣った断面ほぼ波形状を呈する極薄（数ｎｍ）の不動態膜と、係る不動態膜の表面に被覆されたシュウ酸塩被膜と、を含む、冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線も含まれ得る。
これによる場合、当初の不動態膜が除去され且つ肌荒らしされた微細な凹凸の表面に、これに倣った断面ほぼ波形状で極薄の不動態膜を介して、ほぼ均一で所要の厚みを有するシュウ酸塩被膜が表面全体に被覆されたステンレス鋼線となっている。従って、冷間鍛造時に、成形金型との焼き付きや製品のカジリなどをなくすか低減できるため、精度の良い鍛造製品を確実に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による第１の冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法を示す流れ図、およびその一部の工程を示す概略図である。
先ず、図１に示すように、線材（鋼線）ｗ１に対し、線材圧延Ｓ１を施す。具体的には、図１中で示すように、周面中央の円周方向に沿ってほぼ断面半円形の凹溝ｇを対向して有する一対のロールＲ１，Ｒ２間に、線材ｗ１を強制的に通して、線径が１０．４ｍｍの円形断面に仕上げる。
【００１４】
次いで、図１に示すように、前記線材ｗ１に対し、歪取り焼鈍Ｓ２を施す。具体的には、図示しない焼鈍炉内に線材ｗ１を装入し、例えば、不活性ガス雰囲気（窒素）または還元性雰囲気（窒素＋水素）中で７００〜８００℃に約３〜１２時間加熱する。その結果、前記圧延時に内蔵された加工歪みが除去される。
更に、焼鈍された上記線材ｗ１に対し、図１に示すように、皮剥き工程Ｓ３を施す。具体的には、図１中で例示するように、回転する線材ｗ１の表面に対し、半径方向からバイトｂを押し当て、約０．２〜０．５ｍｍの厚みで表層を切削を切除する。この際、予め、線材ｗ１の表層に精製されていたＣｒ系酸化物などからなる不動態膜の大半が除去される結果、母材のステンレス鋼が表面に露出した線材ｗ２となる。
【００１５】
次に、図１に示すように、線材ｗ２の表面に対し、シュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程Ｓ４を施す。具体的には、図示しないシュウ酸塩の液槽中に線材ｗ２を連続して浸漬する。
その結果、図２の部分断面図で模式的に示すように、母材のステンレス鋼Ｍの表面全体に対して、前記工程Ｓ３，Ｓ４間で生成された約数ｎｍの極薄（例えば、３ｎｍ）の不動態膜ｆのみを介して、シュウ酸塩の被膜ｓが、反応性良くほぼ均一な厚み（約数μｍ〜数１００μｍ）が被覆された線材ｗ３となる。
次いで、図１に示すように、上記線材ｗ３に対し、伸線工程Ｓ５を施す。具体的には、図１中に示すように、線材ｗ３を伸線ダイスｄを貫通するほぼ円錐形の孔ｈ内に強制的に通し、直径１０ｍｍに縮径された線材ｗ４とする。この際の減面率は、約６％である。係る減面率に応じて、図２で例示するように、母材のステンレス鋼Ｍおよびシュウ酸塩の被膜ｓも同様に縮径されている。
【００１６】
更に、図１に示すように、前記線材ｗ４をメエリーソーなどにより所定の長さに切断して、円柱形のブランクｗ５とする切断工程Ｓ６を行う。
そして、図１に示すように、ブランクｗ５をダイＤの上にセットし、係るブランクｗ５の軸方向に沿って、パンチＰをダイＤ側に下降させる冷間鍛造Ｓ７を施す。この際、ブランクｗ５の周面には、前記極薄の不動態膜ｆを介して、ほぼ一定の厚みのシュウ酸塩皮膜ｓが被覆されているため、パンチＰとダイＤとによる据え込み鍛造を受けても、軸方向に沿ってスムースに圧縮され且つ径方向に延出する。しかも、ブランクｗ５とパンチＰなどとの間で焼け付きや、製品ｗ６のカジリを生じないと共に、係る鍛造後において、ダイＤ内部のノックアウトピン（図示せず）によるノックアウトも少ない荷重で行える。その結果、ブランクｗ５が据え込み鍛造された偏平な形状の製品ｗ６を、精度良く得ることができる。
【００１７】
図３は、本発明による第２の冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法を示す流れ図、および一部の工程の概略図である。
先ず、図３に示すように、線材（鋼線）ｗ１に対し、前記同様の線材圧延Ｓ１を施す。
次いで、上記圧延後の線材ｗ１に対し、前記同様の歪取り焼鈍Ｓ２を施す。
更に、焼鈍された線材ｗ１に対し、図３に示すように、前記同様の皮剥き工程Ｓ３を施して線材ｗ２とする。この際、予め、線材ｗ１の表層に精製されていたＣｒ系酸化物などからなる不動態膜の大半が除去される結果、母材のステンレス鋼が表面に露出した線材ｗ２となる。
【００１８】
次いで、皮剥きされた線材ｗ２に対し、図３に示すように、肌荒らし工程Ｓ４ａを施す。具体的は、皮剥きされた直後の線材ｗ２をコイル状にし、濃度：３０〜５０ｗｔ％の塩化第２鉄溶液の液槽中に数１０分〜約１時間にわたって浸漬する。その結果、線材ｗ２で露出していたステンレス鋼の表面は、塩化第２鉄による腐食作用を受けて、微細な凹凸面となる。
次に、肌荒らしされた上記線材ｗ２の表面に対し、図３に示すように、前記同様のシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程Ｓ４を施す。その結果、図４の部分断面図で模式的に示すように、母材のステンレス鋼Ｍの表面全体に対して、前記工程Ｓ３，Ｓ４ａ間で生成された約数ｎｍの極薄で且つ断面ほぼ波形状の不動態膜ｆａのみを介して、シュウ酸塩の被膜ｓが、反応性良くほぼ均一な厚み（約数μｍ〜数１００μｍ）で強固に被覆された線材ｗ３ａとなる。
【００１９】
更に、図３に示すように、上記線材ｗ３ａに対し、前記同様の伸線工程Ｓ５を施して所定の直径に縮径された線材ｗ４ａとする。係る減面率に応じて、図４で例示するように、線材ｗ４ａにおける母材のステンレス鋼Ｍとシュウ酸塩の被膜ｓも同様に縮径されている。
次いで、線材ｗ４ａを前記同様に切断して、円柱形のブランクｗ５ａとする切断工程Ｓ６を行う。
そして、図３に示すように、パンチＰおよびダイＤを用いて、上記ブランクｗ５ａに対し前記同様の冷間鍛造Ｓ７を施す。
【００２０】
この際、ブランクｗ５ａの周面には、前記極薄で且つ断面ほぼ波形状の不動態膜ｆａを介して、ほぼ一定の厚みのシュウ酸塩皮膜ｓが被覆されているため、パンチＰとダイＤとによる据え込み鍛造を受けても、軸方向に沿った圧縮および径方向に沿った延出が一層スムースに成される。同時に、ブランクｗ５ａとパンチＰなどとの間で焼け付きや、製品ｗ６ａのカジリが生じず、且つ係る鍛造後のノックアウトも一層少ない荷重で行える。その結果、ブランクｗ５ａを据え込み鍛造した偏平な形状の製品ｗ６ａを、一層形状・寸法精度良く得ることができる。
【実施例】
【００２１】
以下において、本発明の具体的な実施例について説明する。
先ず、Ｃｒ：１３ｗｔ％、Ｓｉ：０．１ｗｔ％、Ａｌ：０．７ｗｔ％、Ｐｂ：０．１ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼の棒鋼を、一対の前記ロールＲ１，Ｒ２間に、上記線材ｗ１を強制的に通し、これらを線径が１０．５ｍｍの円形断面に仕上げる線材圧延を行って、線材ｗ１を複数本用意した。
次いで、上記線材ｗ１を焼鈍炉内に装入し、窒素ガス雰囲気中で、７６０℃×６時間の歪取り焼鈍Ｓ２を施した。
更に、焼鈍された一部の線材ｗ１に対し、バイトｂによって表層を０．２５ｍｍ切削する皮剥き工程Ｓ３を施し、線径が１０．０ｍｍの線材ｗ２とした。この際、表層の不動態膜ｆは、その大半が切除されていた。
尚、前記皮剥しなかった残りの線材ｗ１は、比較例であり、前記焼鈍の後に酸洗（弗酸：５ｗｔ％、硫酸：１５ｗｔ％、×６０分浸漬）および中和（水洗）を施した。
【００２２】
次に、前記皮剥きされた一部の線材ｗ２をコイル状にして、濃度が４０％の塩化第２鉄溶液の液槽中に１時間または３０分にわたって浸漬（工程Ｓ４ａ）した後、シュウ酸塩の液槽中に浸漬し、シュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程Ｓ４ａを施して線材ｗ３ａとした。これらは、実施例１（工程Ｓ４ａの浸漬：１時間）と、実施例２（工程Ｓ４ａの浸漬：３０分）である。
一方、前記皮剥きされた残りの線材ｗ２に対し、直ちに上記と同じ被膜工程Ｓ４を施して、線材ｗ３とした。これを、実施例３とした。また、前記酸洗された比較例の線材に対しても、上記と同じ被膜工程Ｓ４を施した。
次いで、実施例１〜３の線材ｗ３ａ，ｗ３と比較例の線材とを、減面率が４％となる伸線ダイスｄに通すことで、それぞれに伸線工程（Ｓ５）を施し、直径が９．８ｍｍの線材ｗ４ａ，ｗ４などとした。
【００２３】
更に、実施例１〜３の前記線材ｗ４ａ，ｗ４と比較例の線材とを、軸方向の長さ２０ｍｍに切断（工程Ｓ６）し、各例ごとに１００個ずつのブランクｗ５ａ，ｗ５などを得た。
そして、図５の左側に示すように、各例のブランクｗ５ａ，ｗ５などを、ダイＤの表面に開口する浅い凹溝ｄ１上にセットし、低面に断面ほぼ台形で且つリング形のリブｐ１とこれに囲まれた凹みｐ２とを有するパンチＰを、図５中の左側に矢印で示すように、ダイＤ側に下降させる冷間鍛造（Ｓ７）を行った。
その結果、図５の右側に示すように、ブランクｗ５ａ，ｗ５などは、軸方向に沿って圧縮され且つ径方向に沿って延出する塑性変形を生じ、偏平なほぼ円盤形の製品ｗ６ａ，ｗ６などとなった。
【００２４】
この際、パンチＰの上方にセットした図示しないロードセルによって、各例ごと１００個ずつの製品ｗ６ａ，ｗ６などを冷間鍛造するのに要した成形荷重を測定し、各例ごとの平均値を算出した。
次いで、鍛造された製品ｗ６ａ，ｗ６などに対し、ダイＤの凹溝ｄ１内に貫通する垂直孔ｄ２内に予めセットされたノックアウトピンｄ３を、図５中の右側で破線の矢印で示すように、垂直方向に沿って上昇させ、製品ｗ６ａ，ｗ６などをダイＤの凹溝ｄ１から外側に突き上げ、取り出し可能とした。この際、ダイＤの下方にセットした図示しないロードセルによって、各例ごと１００個ずつの製品ｗ６ａ，ｗ６などをノックアウトするために要したノックアウト荷重を測定し、各例ごとの平均値を算出した。それらの結果を図６のグラフに示した。
【００２５】
図６のグラフによれば、実施例１は、成形荷重が約３３３×１０３Ｎと最少で且つノックアウト荷重が約３．９×１０３Ｎであり、また、実施例２は、成形荷重が約３４３×１０３Ｎで且つノックアウト荷重が上記実施例１と同様であった。
更に、実施例３は、成形荷重が約３６０×１０３Ｎで且つノックアウト荷重が上記実施例１，２と同等であった。
これら対し、比較例１は、成形成形荷重が約３６２×１０３Ｎで且つノックアウト荷重が約７．８×１０３Ｎであり、双方とも最多となった。
【００２６】
上記結果は、実施例１，２では、前記皮剥き工程Ｓ３、肌荒らし工程Ｓ４ａ、および皮膜工程Ｓ４を行って、断面ほぼ波形状の不動態膜ｆａとほぼ一定の厚みのシュウ酸塩皮膜ｓとが被覆されていたため、冷間鍛造工程Ｓ７での塑性変形が著しくスムースに行えたことによるものと推定される。且つ、実施例１の成形荷重が最少となったのは、肌荒らし工程Ｓ４ａでの処理時間が実施例２よりも長かったためと推測される。尚、実施例１，２は、焼け付きやカジリを生じなかった。
また、実施例３では、前記皮剥き工程Ｓ３、および皮膜工程Ｓ４を行って、極薄の不動態膜ｆとほぼ一定の厚みのシュウ酸塩皮膜ｓとが被覆されていたため、冷間鍛造工程Ｓ７での塑性変形が比較的スムースに行えたことによるものと推定される。但し、肌荒らし工程Ｓ４ａがなく、不動態膜ｆの表面積が小さくなったため、実施例１，２よりも成形荷重をより多く要したものと思われる。
【００２７】
一方、比較例では、酸洗後に直に皮膜工程Ｓ４を施したため、当初の不導体膜ｆが比較的厚く残留しており、その上方に被覆したシュウ酸塩皮膜ｓが伸線工程や冷間鍛造工程で、顕著に剥離していた。このため、前記のように、成形荷重およびノックアウト荷重の双方が最多となり、冷間鍛造工程で焼け付きやカジリを１０数個生じる結果になったもの、と推定される。
以上のような実施例１〜３の結果によって、本発明の作用が理解され、且つ効果が裏付けられた。
尚、本発明は、前記実施例１〜３に用いた前記鋼種以外のステンレス鋼によっても、同様の作用・効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の製造方法を示す流れ図およびその一部の工程を示す概略図。
【図２】第１の製造方法で得られたステンレス鋼線を模式的に示す部分断面図。
【図３】第２の製造方法を示す流れ図およびその一部の工程を示す概略図。
【図４】第２の製造方法で得られたステンレス鋼線を模式的に示す部分断面図。
【図５】実施例と比較例の線材を切断して得たブランクを冷間鍛造する工程を示す概略図。
【図６】実施例と比較例との上記ブランクを冷間鍛造する際の成形荷重とノックアウト荷重とを示すグラフ。
【符号の説明】
【００２９】
ｗ１〜ｗ４，ｗ４ａ…線材（ステンレス鋼線）
Ｓ３……………………皮剥き工程
Ｓ４ａ…………………肌荒らし工程
Ｓ４……………………被膜工程
Ｓ５……………………伸線工程
ｄ………………………伸線ダイス
ｓ………………………シュウ酸塩被膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法に関する。尚、本発明の鋼線（線材）には、ステンレス鋼からなり、直径が４ｍｍ以上の棒材も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼からなる線材（棒材を含む）は、これを所定長さに切断したブランクを冷間鍛造する際の成形性を良好にするため、予め、その表面にシュウ酸塩皮膜が被覆されている。しかし、係るステンレス鋼からなる線材の表面には、Ｃｒ系酸化物などの不動態膜が形成されているので、シュウ酸塩とステンレス鋼とが反応し難く、仮に反応してステンレス鋼の表面に被覆されても、係るシュウ酸塩皮膜は、剥離し易い。このため、冷間鍛造時に、シュウ酸塩皮膜が剥離してブランクと金型との間で、焼き付きや製品のカジリ（部分欠損）を生じ易くなる。
上記シュウ酸塩皮膜の剥離を防ぐため、ステンレス鋼を塩基性溶液に浸漬して、表面の不動態膜を除去し且つ断面ほぼ凹凸形の孔食を形成すると共に、係る孔食内を含む表面にシュウ酸塩などの潤滑性皮膜を形成した有皮膜ステンレス鋼およびその製造法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９８５４号公報 （第１〜１０頁、図１）
【０００４】
前記特許文献１の有皮膜ステンレス鋼によれば、塩基性溶液に浸漬することで、表面の不動態膜が除去できると共に、断面ほぼ凹凸形の孔食内に前記潤滑性皮膜の一部が進入している。このため、係る皮膜がアンカー効果を伴ってステンレス鋼の表層に密着するので、潤滑性皮膜が剥離し難くなる、という効果が得られる。
しかし、前記断面ほぼ凹凸形（平均深さが０．１〜２０μｍ）の孔食を、ステンレス鋼の表面において、ほぼ均一に形成するには、塩基性溶液中に１５分〜１時間ほど浸漬する工程（特許文献１の段落番号（００３８）参照）が必要となる。このため、所定の直径を得るために上記工程の管理が煩雑となり、且つステンレス鋼の溶損量が多くなるため、特に細径のステンレス鋼線には、不向きであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、比較的少なく且つ簡素な工程によって、表面にシュウ酸塩皮膜を強固に密着させたステンレス鋼線を確実に提供できる冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造法を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するするため、ステンレス鋼の表面に自動的に被着される不動態膜を最小限の厚みとし、その表面上にシュウ酸塩皮膜を被覆する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による第１の冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法（請求項１）は、断面ほぼ円形のステンレス鋼線の表層を皮剥きする皮剥き工程と、皮剥きされたステンレス鋼線の表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程と、表面にシュウ酸塩被膜が被覆された上記ステンレス鋼線を伸線ダイスに通して縮径する伸線工程と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、皮剥き工程においてステンレス鋼線の表層に形成されていたＣｒ系酸化物などの不動態膜が除去され、且つ次の皮膜工程まで間に生成される極薄の不動態膜のみが表層を覆うため、シュウ酸塩被膜と母材のステンレス鋼との反応性が向上する。このため、ほぼ均一な厚みのシュウ酸塩被膜が表面全体に被覆されたステンレス鋼線が得られる。従って、冷間鍛造の際に、焼き付きや製品のカジリなどを低減し、精度の良い冷間鍛造を施すことが可能となる。
【０００８】
尚、前記皮剥き工程の前には、前記ステンレス鋼線を所要の線径に仕上げ圧延する圧延工程と、係るステンレス鋼線の加工歪みを除去するための歪み取り焼鈍を行う熱処理工程と、が予め行われている。
また、前記皮剥き工程は、前記ステンレス鋼線の表層を切削加工によって、約０．２〜０．５ｍｍの厚みで切除するものである。
更に、前記皮剥き工程後におけるステンレス鋼線の表面には、その表面形状に倣った極薄い厚み（数ｎｍ）のＣｒ系酸化物などの不動態膜が生成されている。
【０００９】
また、前記伸線工程は、伸線前のステンレス鋼線の断面積を、伸線後で約３〜８％の減面率で減縮（縮径）するものである。
更に、本発明の対象となるステンレス鋼には、フェライト系、マルテンサイト系、あるいはオーステナイト系ステンレス鋼が含まれ、これらの線材（鋼線）には、直径が１０ｍｍ以下（例えば、直径４ｍｍ）の線材のほか、直径が２０ｍｍ超（例えば、直径２５ｍｍ）の棒材も含まれる。
加えて、前記冷間鍛造には、室温（常温）での鍛造のほか、対象となるステンレス鋼の再結晶温度未満の温度帯、あるいは温間鍛造温度域よりも低い温度に加熱した状態で行う形態も含まれている。
【００１０】
一方、本発明による第２の冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造法（請求項２）は、断面ほぼ円形のステンレス鋼線の表層を皮剥きする皮剥き工程と、表層が皮剥きされた上記ステンレス鋼線に塩化第２鉄溶液を接触させて、係るステンレス鋼線の表面を肌荒らしする肌荒らし工程と、上記ステンレス鋼線の肌荒らしされた表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程と、表面にシュウ酸塩被膜が被覆された上記ステンレス鋼線を伸線ダイスに通して縮径する伸線工程と、を含む、ことを特徴とする。
【００１１】
これによれば、皮剥き工程でステンレス鋼線の表層に形成されていたＣｒ系酸化物などの不動態膜が除去され、且つ次の肌荒らし工程で母材のステンレス鋼の表面が塩化第２鉄溶液による腐食作用で微細な凹凸面となる。このため、次の被膜工程までの間に、上記ステンレス鋼線の表面には、上記微細な凹凸面に倣った極薄で断面ほぼ波形状のＣｒ系酸化物などからなる不動態膜が生成される。その結果、次いで表面に被覆されるシュウ酸塩被膜との接触面積が増大するため、ほぼ均一で所要の厚みを有するシュウ酸塩被膜が表面全体に被覆されたステンレス鋼線が得られる。従って、冷間鍛造するに際し、焼き付きやカジリなどをなくすか低減でき、形状および寸法精度の良い冷間鍛造を施すことが可能となる。
尚、前記肌荒らし工程は、ステンレス鋼線を塩化第２鉄溶液中に所要時間にわたって浸漬するか、係る溶液を所要時間スプレーまたはシャワーして行われる。
【００１２】
付言すれば、本発明には、ステンレス鋼からなり断面ほぼ波打ち形状の表面を有するステンレス鋼の母材と、係る母材の波打ち形状の表面に被覆され且つ係る表面に倣った断面ほぼ波形状を呈する極薄（数ｎｍ）の不動態膜と、係る不動態膜の表面に被覆されたシュウ酸塩被膜と、を含む、冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線も含まれ得る。
これによる場合、当初の不動態膜が除去され且つ肌荒らしされた微細な凹凸の表面に、これに倣った断面ほぼ波形状で極薄の不動態膜を介して、ほぼ均一で所要の厚みを有するシュウ酸塩被膜が表面全体に被覆されたステンレス鋼線となっている。従って、冷間鍛造時に、成形金型との焼き付きや製品のカジリなどをなくすか低減できるため、精度の良い鍛造製品を確実に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による第１の冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法を示す流れ図、およびその一部の工程を示す概略図である。
先ず、図１に示すように、線材（鋼線）ｗ１に対し、線材圧延Ｓ１を施す。具体的には、図１中で示すように、周面中央の円周方向に沿ってほぼ断面半円形の凹溝ｇを対向して有する一対のロールＲ１，Ｒ２間に、線材ｗ１を強制的に通して、線径が１０．４ｍｍの円形断面に仕上げる。
【００１４】
次いで、図１に示すように、前記線材ｗ１に対し、歪取り焼鈍Ｓ２を施す。具体的には、図示しない焼鈍炉内に線材ｗ１を装入し、例えば、不活性ガス雰囲気（窒素）または還元性雰囲気（窒素＋水素）中で７００〜８００℃に約３〜１２時間加熱する。その結果、前記圧延時に内蔵された加工歪みが除去される。
更に、焼鈍された上記線材ｗ１に対し、図１に示すように、皮剥き工程Ｓ３を施す。具体的には、図１中で例示するように、回転する線材ｗ１の表面に対し、半径方向からバイトｂを押し当て、約０．２〜０．５ｍｍの厚みで表層を切削を切除する。この際、予め、線材ｗ１の表層に精製されていたＣｒ系酸化物などからなる不動態膜の大半が除去される結果、母材のステンレス鋼が表面に露出した線材ｗ２となる。
【００１５】
次に、図１に示すように、線材ｗ２の表面に対し、シュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程Ｓ４を施す。具体的には、図示しないシュウ酸塩の液槽中に線材ｗ２を連続して浸漬する。
その結果、図２の部分断面図で模式的に示すように、母材のステンレス鋼Ｍの表面全体に対して、前記工程Ｓ３，Ｓ４間で生成された約数ｎｍの極薄（例えば、３ｎｍ）の不動態膜ｆのみを介して、シュウ酸塩の被膜ｓが、反応性良くほぼ均一な厚み（約数μｍ〜数１００μｍ）が被覆された線材ｗ３となる。
次いで、図１に示すように、上記線材ｗ３に対し、伸線工程Ｓ５を施す。具体的には、図１中に示すように、線材ｗ３を伸線ダイスｄを貫通するほぼ円錐形の孔ｈ内に強制的に通し、直径１０ｍｍに縮径された線材ｗ４とする。この際の減面率は、約６％である。係る減面率に応じて、図２で例示するように、母材のステンレス鋼Ｍおよびシュウ酸塩の被膜ｓも同様に縮径されている。
【００１６】
更に、図１に示すように、前記線材ｗ４をメエリーソーなどにより所定の長さに切断して、円柱形のブランクｗ５とする切断工程Ｓ６を行う。
そして、図１に示すように、ブランクｗ５をダイＤの上にセットし、係るブランクｗ５の軸方向に沿って、パンチＰをダイＤ側に下降させる冷間鍛造Ｓ７を施す。この際、ブランクｗ５の周面には、前記極薄の不動態膜ｆを介して、ほぼ一定の厚みのシュウ酸塩皮膜ｓが被覆されているため、パンチＰとダイＤとによる据え込み鍛造を受けても、軸方向に沿ってスムースに圧縮され且つ径方向に延出する。しかも、ブランクｗ５とパンチＰなどとの間で焼け付きや、製品ｗ６のカジリを生じないと共に、係る鍛造後において、ダイＤ内部のノックアウトピン（図示せず）によるノックアウトも少ない荷重で行える。その結果、ブランクｗ５が据え込み鍛造された偏平な形状の製品ｗ６を、精度良く得ることができる。
【００１７】
図３は、本発明による第２の冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法を示す流れ図、および一部の工程の概略図である。
先ず、図３に示すように、線材（鋼線）ｗ１に対し、前記同様の線材圧延Ｓ１を施す。
次いで、上記圧延後の線材ｗ１に対し、前記同様の歪取り焼鈍Ｓ２を施す。
更に、焼鈍された線材ｗ１に対し、図３に示すように、前記同様の皮剥き工程Ｓ３を施して線材ｗ２とする。この際、予め、線材ｗ１の表層に精製されていたＣｒ系酸化物などからなる不動態膜の大半が除去される結果、母材のステンレス鋼が表面に露出した線材ｗ２となる。
【００１８】
次いで、皮剥きされた線材ｗ２に対し、図３に示すように、肌荒らし工程Ｓ４ａを施す。具体的は、皮剥きされた直後の線材ｗ２をコイル状にし、濃度：３０〜５０ｗｔ％の塩化第２鉄溶液の液槽中に数１０分〜約１時間にわたって浸漬する。その結果、線材ｗ２で露出していたステンレス鋼の表面は、塩化第２鉄による腐食作用を受けて、微細な凹凸面となる。
次に、肌荒らしされた上記線材ｗ２の表面に対し、図３に示すように、前記同様のシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程Ｓ４を施す。その結果、図４の部分断面図で模式的に示すように、母材のステンレス鋼Ｍの表面全体に対して、前記工程Ｓ３，Ｓ４ａ間で生成された約数ｎｍの極薄で且つ断面ほぼ波形状の不動態膜ｆａのみを介して、シュウ酸塩の被膜ｓが、反応性良くほぼ均一な厚み（約数μｍ〜数１００μｍ）で強固に被覆された線材ｗ３ａとなる。
【００１９】
更に、図３に示すように、上記線材ｗ３ａに対し、前記同様の伸線工程Ｓ５を施して所定の直径に縮径された線材ｗ４ａとする。係る減面率に応じて、図４で例示するように、線材ｗ４ａにおける母材のステンレス鋼Ｍとシュウ酸塩の被膜ｓも同様に縮径されている。
次いで、線材ｗ４ａを前記同様に切断して、円柱形のブランクｗ５ａとする切断工程Ｓ６を行う。
そして、図３に示すように、パンチＰおよびダイＤを用いて、上記ブランクｗ５ａに対し前記同様の冷間鍛造Ｓ７を施す。
【００２０】
この際、ブランクｗ５ａの周面には、前記極薄で且つ断面ほぼ波形状の不動態膜ｆａを介して、ほぼ一定の厚みのシュウ酸塩皮膜ｓが被覆されているため、パンチＰとダイＤとによる据え込み鍛造を受けても、軸方向に沿った圧縮および径方向に沿った延出が一層スムースに成される。同時に、ブランクｗ５ａとパンチＰなどとの間で焼け付きや、製品ｗ６ａのカジリが生じず、且つ係る鍛造後のノックアウトも一層少ない荷重で行える。その結果、ブランクｗ５ａを据え込み鍛造した偏平な形状の製品ｗ６ａを、一層形状・寸法精度良く得ることができる。
【実施例】
【００２１】
以下において、本発明の具体的な実施例について説明する。
先ず、Ｃｒ：１３ｗｔ％、Ｓｉ：０．１ｗｔ％、Ａｌ：０．７ｗｔ％、Ｐｂ：０．１ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼の棒鋼を、一対の前記ロールＲ１，Ｒ２間に、上記線材ｗ１を強制的に通し、これらを線径が１０．５ｍｍの円形断面に仕上げる線材圧延を行って、線材ｗ１を複数本用意した。
次いで、上記線材ｗ１を焼鈍炉内に装入し、窒素ガス雰囲気中で、７６０℃×６時間の歪取り焼鈍Ｓ２を施した。
更に、焼鈍された一部の線材ｗ１に対し、バイトｂによって表層を０．２５ｍｍ切削する皮剥き工程Ｓ３を施し、線径が１０．０ｍｍの線材ｗ２とした。この際、表層の不動態膜ｆは、その大半が切除されていた。
尚、前記皮剥しなかった残りの線材ｗ１は、比較例であり、前記焼鈍の後に酸洗（弗酸：５ｗｔ％、硫酸：１５ｗｔ％、×６０分浸漬）および中和（水洗）を施した。
【００２２】
次に、前記皮剥きされた一部の線材ｗ２をコイル状にして、濃度が４０％の塩化第２鉄溶液の液槽中に１時間または３０分にわたって浸漬（工程Ｓ４ａ）した後、シュウ酸塩の液槽中に浸漬し、シュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程Ｓ４ａを施して線材ｗ３ａとした。これらは、実施例１（工程Ｓ４ａの浸漬：１時間）と、実施例２（工程Ｓ４ａの浸漬：３０分）である。
一方、前記皮剥きされた残りの線材ｗ２に対し、直ちに上記と同じ被膜工程Ｓ４を施して、線材ｗ３とした。これを、実施例３とした。また、前記酸洗された比較例の線材に対しても、上記と同じ被膜工程Ｓ４を施した。
次いで、実施例１〜３の線材ｗ３ａ，ｗ３と比較例の線材とを、減面率が４％となる伸線ダイスｄに通すことで、それぞれに伸線工程（Ｓ５）を施し、直径が９．８ｍｍの線材ｗ４ａ，ｗ４などとした。
【００２３】
更に、実施例１〜３の前記線材ｗ４ａ，ｗ４と比較例の線材とを、軸方向の長さ２０ｍｍに切断（工程Ｓ６）し、各例ごとに１００個ずつのブランクｗ５ａ，ｗ５などを得た。
そして、図５の左側に示すように、各例のブランクｗ５ａ，ｗ５などを、ダイＤの表面に開口する浅い凹溝ｄ１上にセットし、低面に断面ほぼ台形で且つリング形のリブｐ１とこれに囲まれた凹みｐ２とを有するパンチＰを、図５中の左側に矢印で示すように、ダイＤ側に下降させる冷間鍛造（Ｓ７）を行った。
その結果、図５の右側に示すように、ブランクｗ５ａ，ｗ５などは、軸方向に沿って圧縮され且つ径方向に沿って延出する塑性変形を生じ、偏平なほぼ円盤形の製品ｗ６ａ，ｗ６などとなった。
【００２４】
この際、パンチＰの上方にセットした図示しないロードセルによって、各例ごと１００個ずつの製品ｗ６ａ，ｗ６などを冷間鍛造するのに要した成形荷重を測定し、各例ごとの平均値を算出した。
次いで、鍛造された製品ｗ６ａ，ｗ６などに対し、ダイＤの凹溝ｄ１内に貫通する垂直孔ｄ２内に予めセットされたノックアウトピンｄ３を、図５中の右側で破線の矢印で示すように、垂直方向に沿って上昇させ、製品ｗ６ａ，ｗ６などをダイＤの凹溝ｄ１から外側に突き上げ、取り出し可能とした。この際、ダイＤの下方にセットした図示しないロードセルによって、各例ごと１００個ずつの製品ｗ６ａ，ｗ６などをノックアウトするために要したノックアウト荷重を測定し、各例ごとの平均値を算出した。それらの結果を図６のグラフに示した。
【００２５】
図６のグラフによれば、実施例１は、成形荷重が約３３３×１０３Ｎと最少で且つノックアウト荷重が約３．９×１０３Ｎであり、また、実施例２は、成形荷重が約３４３×１０３Ｎで且つノックアウト荷重が上記実施例１と同様であった。
更に、実施例３は、成形荷重が約３６０×１０３Ｎで且つノックアウト荷重が上記実施例１，２と同等であった。
これら対し、比較例１は、成形成形荷重が約３６２×１０３Ｎで且つノックアウト荷重が約７．８×１０３Ｎであり、双方とも最多となった。
【００２６】
上記結果は、実施例１，２では、前記皮剥き工程Ｓ３、肌荒らし工程Ｓ４ａ、および皮膜工程Ｓ４を行って、断面ほぼ波形状の不動態膜ｆａとほぼ一定の厚みのシュウ酸塩皮膜ｓとが被覆されていたため、冷間鍛造工程Ｓ７での塑性変形が著しくスムースに行えたことによるものと推定される。且つ、実施例１の成形荷重が最少となったのは、肌荒らし工程Ｓ４ａでの処理時間が実施例２よりも長かったためと推測される。尚、実施例１，２は、焼け付きやカジリを生じなかった。
また、実施例３では、前記皮剥き工程Ｓ３、および皮膜工程Ｓ４を行って、極薄の不動態膜ｆとほぼ一定の厚みのシュウ酸塩皮膜ｓとが被覆されていたため、冷間鍛造工程Ｓ７での塑性変形が比較的スムースに行えたことによるものと推定される。但し、肌荒らし工程Ｓ４ａがなく、不動態膜ｆの表面積が小さくなったため、実施例１，２よりも成形荷重をより多く要したものと思われる。
【００２７】
一方、比較例では、酸洗後に直に皮膜工程Ｓ４を施したため、当初の不導体膜ｆが比較的厚く残留しており、その上方に被覆したシュウ酸塩皮膜ｓが伸線工程や冷間鍛造工程で、顕著に剥離していた。このため、前記のように、成形荷重およびノックアウト荷重の双方が最多となり、冷間鍛造工程で焼け付きやカジリを１０数個生じる結果になったもの、と推定される。
以上のような実施例１〜３の結果によって、本発明の作用が理解され、且つ効果が裏付けられた。
尚、本発明は、前記実施例１〜３に用いた前記鋼種以外のステンレス鋼によっても、同様の作用・効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の製造方法を示す流れ図およびその一部の工程を示す概略図。
【図２】第１の製造方法で得られたステンレス鋼線を模式的に示す部分断面図。
【図３】第２の製造方法を示す流れ図およびその一部の工程を示す概略図。
【図４】第２の製造方法で得られたステンレス鋼線を模式的に示す部分断面図。
【図５】実施例と比較例の線材を切断して得たブランクを冷間鍛造する工程を示す概略図。
【図６】実施例と比較例との上記ブランクを冷間鍛造する際の成形荷重とノックアウト荷重とを示すグラフ。
【符号の説明】
【００２９】
ｗ１〜ｗ４，ｗ４ａ…線材（ステンレス鋼線）
Ｓ３……………………皮剥き工程
Ｓ４ａ…………………肌荒らし工程
Ｓ４……………………被膜工程
Ｓ５……………………伸線工程
ｄ………………………伸線ダイス
ｓ………………………シュウ酸塩被膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面ほぼ円形のステンレス鋼線の表層を皮剥きする皮剥き工程と、
皮剥きされた上記ステンレス鋼線の表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程と、
表面にシュウ酸塩被膜が被覆された上記ステンレス鋼線を伸線ダイスに通して縮径する伸線工程と、を含む、
ことを特徴とする冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法。
【請求項２】
断面ほぼ円形のステンレス鋼線の表層を皮剥きする皮剥き工程と、
表層が皮剥きされた上記ステンレス鋼線に塩化第２鉄溶液を接触させて、係るステンレス鋼線の表面を肌荒らしする肌荒らし工程と、
上記ステンレス鋼線の肌荒らしされた表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程と、
表面にシュウ酸塩被膜が被覆された上記ステンレス鋼線を伸線ダイスに通して縮径する伸線工程と、を含む、
ことを特徴とする冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法。
【請求項１】
断面ほぼ円形のステンレス鋼線の表層を皮剥きする皮剥き工程と、
皮剥きされた上記ステンレス鋼線の表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程と、
表面にシュウ酸塩被膜が被覆された上記ステンレス鋼線を伸線ダイスに通して縮径する伸線工程と、を含む、
ことを特徴とする冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法。
【請求項２】
断面ほぼ円形のステンレス鋼線の表層を皮剥きする皮剥き工程と、
表層が皮剥きされた上記ステンレス鋼線に塩化第２鉄溶液を接触させて、係るステンレス鋼線の表面を肌荒らしする肌荒らし工程と、
上記ステンレス鋼線の肌荒らしされた表面にシュウ酸塩被膜を被覆する被膜工程と、
表面にシュウ酸塩被膜が被覆された上記ステンレス鋼線を伸線ダイスに通して縮径する伸線工程と、を含む、
ことを特徴とする冷間鍛造性に優れたステンレス鋼線の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１６９４０５（Ｐ２００８−１６９４０５Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０５３（Ｐ２００７−１０５３）
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
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