JPH057931A - 金属線材の伸線方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷間金属線材の短時間デスケーリングと引続
き行う伸線加工の高速伸線を実現する方法を提供する。 【構成】 表面が酸化してスケールの発生した線材に圧
力１０００〜１００００Ｋｇ／ｃｍ²のウォータージェ
ットを衝突させてスケールを除去し、次いで外部から超
高圧化した湿式潤滑剤をダイス間に供給して伸線加工す
る。この時、デスケーリングする際のウォータージェッ
ト噴射ノズルの直径ｄとノズル先端から線材までの距離
ｌの比ｌ／ｄを１００〜８００とする。また、多段伸線
ダイスの第１段目に乾式潤滑剤を、第２段目以降に超高
圧湿式潤滑剤を供給して伸線加工する。 【効果】 冷間金属線材のデスケーリングおよび伸線加
工時の公害防止、作業環境改善を達成すると同時に短時
間デスケーリングと高速伸線加工を可能として、品質改
善、生産性向上が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はストランド状金属線材の
冷間デスケーリングとその後の伸線加工方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】金属の酸化により発生したスケールは引
き抜き加工前に除去されなければならない。一般にこの
除去方法は、化学的方法と機械的方法に大別され、前者
には主に硫酸や塩酸が使われる。酸洗後の金属表面は微
細な凹凸となり、石灰、硼砂などを強固に保持して良好
な皮膜を形成し、伸線時の潤滑剤の引き込みを良好にす
る働きを有することから、従来最も広く使用されてい
た。しかし、近年は大量の廃酸処理問題に係わる公害防
止の観点から後者が普及してきている。

【０００３】後者にはリバースベンディング法、ショッ
トブラスティング法、および特開昭５０−５６３２３号
公報、特開昭５４−８５１２５号公報に示されるエアブ
ラスティング法がある。

【０００４】リバースベンディング法は完全にデスケー
リングすることが難しく、微細なスケールの残留するこ
とが多い。したがって、その適用にあっては鋼種や線径
が限定される。また、ショットブラスティング法やエア
ブラスティング法は、赤錆部分が模様となって残った
り、異物の噛込みを生ずる問題がある。

【０００５】また、これらの機械的方法においても、環
境対策として集塵機の設置も必要である。更にこれらの
従来技術には、デスケーリングとその後の伸線加工を連
続して行う工程にあっては、デスケーリングに要する時
間が長く、伸線速度の高速化に伴って設備が長大化し、
設備費およびランニングコストが高くなる問題もある。

【０００６】次にデスケーリングに続いての伸線加工
は、ダイス加工面の潤滑膜厚が厚くなり、引き抜き速度
を高速化できる乾式伸線が通常行われる。

【０００７】しかし、乾式伸線は伸線時の鋼線温度上昇
に対して十分な冷却ができず、鋼線の歪時効脆化の危険
がある。従って、ダイスを直列に複数個配置して伸線す
る連続伸線工程では、各ダイス間の貯線ドラム（キャプ
スタン）に鋼線を巻き付け、空気を吹きつけて冷却する
方法等がとられているが、その効果は小さく線材表面に
付着した潤滑剤を吹き飛ばして作業環境を悪化させる問
題がある。また、特開昭５０−１９６１７号公報では、
伸線ダイス出口直後から鋼線を強制冷却して歪時効脆化
を防止する方法が提案されている。

【０００８】しかし、この方法も限られた伸線加工工程
の中での冷却となり、伸線速度の高速化は冷却時間が短
くなり必ずしも十分な効果を上げるに至っていない。

【０００９】これに対して湿式伸線は、潤滑剤に水を使
用するので潤滑性と冷却性、洗浄性を有しているが、潤
滑性が乾式潤滑剤より劣るため直径約２ｍｍ以上の太径
線材では高速伸線ができない。従って、太径線材では仕
上がり後の表面に潤滑剤が必要以上に残存してはならな
い場合の伸線方法として利用されているにすぎない。ま
た、特開昭５４−１４３７５３号公報に潤滑剤を高圧力
で供給しつつ強制潤滑伸線する方法が提案されている。
しかし、この方法は皮むき後の平滑面に凹凸を付ける程
度の短時間処理可能な簡易な荒し加工を行った後伸線す
るものであって、熱間圧延で生成したスケールを従来法
の冷間デスケーリングを行って、引き続いて高速伸線加
工する連続式には適さないものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、引き抜き加工
前鋼線のデスケーリング時の問題である、作業環境の悪
化、水質汚濁等を防止するクリーン・デスケーリング法
と、その後引き続き行う伸線加工を冷却性、洗浄性、ク
リーン性に優れる湿式伸線として、伸線速度の高速化を
可能とする伸線方法を提供するものである。

【００１１】その要旨とするところは、 （１）表面が酸化してスケールの発生した金属線材に圧
力１，０００〜１０，０００Ｋｇ／ｃｍ² の超高圧液体
のウォータージェットを衝突させてスケールを除去し、
次いで、外部から超高圧化した湿式伸線用潤滑剤をダイ
ス間の高圧室に供給して、高速伸線加工を可能とする金
属線材の伸線方法。 （２）超高圧液体のウォータージェットを衝突させてス
ケールを除去する方法において、噴射ノズルの内径ｄ
と、ノズル先端から金属線材までの距離ｌの比（ｌ／
ｄ）を１００〜８００とすることを特徴とする請求項１
記載の金属線材の伸線方法。 （３）直列に複数個配置した伸線ダイスにおいて、第１
段目の縮径ダイスに乾式伸線用潤滑剤を、第２段目以降
の縮径ダイスに超高圧化した湿式伸線用潤滑剤を供給し
て伸線加工することを特徴とする請求項１記載の金属線
材の伸線方法。

【００１２】にある。すなわち本発明は、圧力１，００
０〜１０，０００Ｋｇ／ｃｍ² の超高圧液体をウォータ
ジェットの高密度エネルギーとして、冷間鋼線に衝突さ
せてデスケーリングを行い、引き続いての伸線加工は、
伸線後の目的に応じてデスケーリングとほぼ同程度に超
高圧化した湿式潤滑剤をダイス加工面に圧入して行うこ
とで、従来の課題を解決するものである。

【００１３】図１は本発明の超高圧ウォータージェット
・デスケーリング装置と超高圧化した湿式潤滑剤を伸線
ダイスに圧入する装置を組み込んだ連続伸線装置を示す
ものである。

【００１４】ここで１は鋼線、２はサプライスタンド、
３は矯直機、４は超高圧デスケーリング装置、６は２ダ
イス伸線装置、１０は巻き取りドラム（キャプスタ
ン）、１１は油圧ブースターポンプ（インテンシファイ
ア）である。

【００１５】

【作用】ここで、スケールの発生した金属線材に、圧力
１，０００〜１０，０００Ｋｇ／ｃｍ² の超高圧液体を
ウォータージェットにして衝突させるのは、ジェットの
気中高速水噴流構造の液滴流領域で生じる液滴を金属線
材にむだなく衝突させた時の急圧縮により発生する水撃
作用の破壊力を利用するものである。液滴が音速以上の
速さで金属表面にぶつかった瞬間は、あまりのスピード
のために流動化して脇にそれることができない部分がで
きる。

【００１６】つまり、液滴の先端の中央部分が圧縮さ
れ、瞬間に衝撃圧力を発生させる。この衝撃圧力は供給
圧力の約１０倍にもなって金属線材表面に断続的に働く
ことで、スケールを破壊、脱落させてデスケーリングす
るものである。ここで下限圧力を１，０００Ｋｇ／ｃｍ
² としたのは、液滴流領域での衝突でスケールを破壊、
除去できる下限の圧力である。また上限の１０，０００
Ｋｇ／ｃｍ² は液滴流領域での衝突で金属素地の壊食に
いたる限界の値である。

【００１７】また、ウォータージェットでデスケーリン
グした後の線材表面は、噴射ノズル５の内径を小さくす
るほど表面粗度を細かくできる。たとえば、酸洗材表面
と同じ程度の表面を得るには、噴射ノズル５の内径を
０．１〜０．３ｍｍφとして、液滴径を数十μｍオーダ
ーとすることで可能である。

【００１８】つぎに外部から超高圧化した湿式潤滑剤を
ダイス加工面に供給するのは、潤滑液を高圧化すること
により、潤滑液の粘度ηを増加させる効果と線材の降伏
応力Ｐと潤滑液の初期圧力Ｐ_l との差（Ｐ−Ｐ_o ）を減
少させて、ダイス加工面での潤滑膜厚ｈ_l を増加させて
焼きつきを防止し、伸線速度の高速化を可能とするもの
である。この関係はレイノロズの方程式から導かれるく
さび効果の理論式 ｈ_l ＝３・ηＶ ｃｏｓ α／（Ｐ−Ｐ_o ）ｓｉｎ α から容易に理解できる。ここで、Ｖは伸線速度、αはダ
イスアプローチ角である。

【００１９】しかし、潤滑膜厚を厚くして伸線する流体
潤滑にあっては、伸線前の表面粗度がそれほど小さくな
らずに伸線後に残るので、用途に応じて伸線前の表面粗
度、すなわちデスケーリング後の表面粗度を調整してお
く必要もある。また、超高圧湿式伸線は、伸線時の加工
発熱による鋼線の温度上昇を防止する効果も大きく、硬
鋼線での歪時効脆化の防止およびダイスの寿命延長にも
なる。

【００２０】また、伸線後の表面性状についても、その
用途に応じて湿式潤滑剤の供給圧力を変化させて境界潤
滑と流体潤滑の間を任意に選べるようにして制御可能と
するものであり、その表面性状制御は最終ダイスで行う
のが望ましい。

【００２１】次に、ウォータージェット・デスケーリン
グに引き続いて超高圧湿式伸線加工するのは、乾燥工程
を省略して伸線速度を高速化するためと、伸線後の表面
粗度制御をデスケーリング条件と伸線加工条件とから行
えるように、操業の自由度を幅広くするためである。次
にウォータージェット・デスケーリングにおいて、真円
ノズルで仕上げ精度の良好な噴射ノズル５の内径ｄと、
ノズル先端から線材までの距離ｌの比ｌ／ｄを１００〜
８００とした理由について説明する。

【００２２】先に本出願人は特願平２−２５７４２０号
の図４でデスケーリング可能な液滴流領域をｌ／ｄで４
００〜８００として、ウォータージェット噴射ノズル１
本での無次元デスケーリング量（線材周方向デスケーリ
ング幅／噴射ノズル内径）を最大にするｌ／ｄは４００
〜６００であることを提案した。しかし、その後の実験
でデスケーリング可能なｌ／ｄは噴射ノズルの形状によ
って変化することが確認された。

【００２３】即ち、真円ノズルに切欠きをつけた形状や
楕円ノズルは、真円ノズルに比べてその液滴流領域が、
ｌ／ｄの小さい範囲にあることを確認した。このことか
ら、実用化可能なノズル形状として、真円、真円に切り
欠きを付けたものの、および楕円を選び最大噴射圧力１
０，０００Ｋｇ／ｃｍ² でデスケーリングできる限界値
に若干の余裕を見て、ｌ／ｄを１００〜８００とした。

【００２４】また、外部から超高圧化した潤滑剤を供給
して強制潤滑伸線する方法において、第１段目の縮径ダ
イスに高圧室を形成するためのシールダイスの役目を持
たせる場合にあっては、被伸線材の直径ばらつきを考慮
して、超高圧化した潤滑液が爆出しない程度のわずかな
減面率を見込んだ縮径ダイスとする。

【００２５】ここで、第１段目のシールダイスでは大気
圧での伸線となることから、より高速伸線を必要とする
場合には、潤滑膜圧を厚くできる乾式潤滑剤が望まし
い。

【００２６】この時のシールダイスでの加工発熱は、減
面率が小さいことから、鋼線の温度上昇も小さく歪時効
脆化を起こすことはない。

【００２７】従って、直列に複数個配置した多パス伸線
において、第１段目のシールダイスに乾式伸線用潤滑剤
を、第２段目以降の縮径ダイスに超高圧化した湿式伸線
用潤滑剤を供給して伸線加工することにより、大気圧で
の潤滑伸線となるシールダイスの寿命延長と鋼線表面に
付着した乾式潤滑剤が第２段目以降の伸線加工にも有効
に潤滑効果を示し、湿式潤滑剤の供給圧力を低下させる
効果をもたらすものである。但し、高圧室９（図３）に
は同伴された乾式潤滑剤を取り除くための排出口を取り
付けるのが望ましい。

【００２８】

【実施例】

実施例１ 以下に本発明の実施例について説明する。

【００２９】まず初めにデスケーリング条件を決定する
ために、ウォータージェットの噴射ノズル形状について
調査した。実験は図２に示す１６本の噴射ノズル５をデ
スケノズル支持板１１に取り付け、線材固定ローラ１２
で線材１の振れを防止しながら互いに干渉しないノズル
４本を選んで行った。被試験材はＪＩＳ規格Ｓ５４Ｃ，
ＳＣＭ４３５，ＳＷＲＨ７７Ａ，ＳＷＲＣＨ８ＲＬ，の
４種類で直径３．０〜８．３ｍｍφの鋼線材を使用し
た。また、搬送速度は１００ｍ／分、ウォータージェッ
トの噴射圧力３０００Ｋｇ／ｃｍ² 、水量５．０ｌ／ｍ
ｉｎの一定条件で行った。

【００３０】その結果、表１に示すようにいづれの規格
においても、無次元デスケーリング量の最大となるｌ／
ｄは、真円切欠き形状が最も近く、つぎに楕円、真円の
順であった。

【００３１】ここで、楕円に適用する内径ｄとは、ノズ
ル断面積の等価となる相当直径のことである。

【００３２】以上の実験結果からデスケーリング可能な
ｌ／ｄは、１００〜８００であり、無次元デスケーリン
グ量を最大にするノズル形状は真円で、その時のｌ／ｄ
は、５００である。

【００３３】また、ウォータージェット噴射前に線材を
矯直することで無次元デスケーリング量が増加すること
を確認しているが、本発明はこれらのデスケーリング方
法を限定するものではない。

【００３４】

【表１】

【００３５】次に線材の全周をデスケーリングする方法
として、図２に示すように線材の進行方向に配置した各
段のノズル５を線材１の周方向で均一にデスケーリング
できるようにノズル本数およびその取り付け角度を変え
てデスケーリングを行った。その結果、表２に示すよう
にいづれの規格においても全周デスケーリングを可能と
することがわかった。

【００３６】

【表２】

【００３７】実施例２ 熱間圧延でスケールの発生した線材を冷却後、図１に示
す装置でウォータージェットデスケーリングして引続き
高圧化した湿式潤滑液を伸線ダイスに供給して伸線し
た。

【００３８】この時のデスケーリングは図２に示す装置
を使って、表２のＮｏ．１の条件（ただし、表３に記載
していない条件）で行った。

【００３９】次に、伸線装置は図３に示すように、シー
ルダイス７と伸線ダイス８の間に高圧室９を設けたダイ
ス方式とした。潤滑剤は共栄社（株）製のＰ−５０（燐
酸エステル系）を水で５％に薄めて、シールダイスには
大気圧で伸線ダイスには超高圧化して供給した。

【００４０】また、減面率はシールダイスを５％、伸線
ダイスを１５％として、供給電圧２００Ｖの条件で連続
伸線し、ダイス温度、伸線後の鋼線温度、伸線負荷電流
を測定した。

【００４１】この時のダイス温度はベアリング部の上方
３ｍｍの所に熱電対を取り付けて測定した。

【００４２】また、伸線後の線材温度は接触表面温度計
で測定した。

【００４３】その結果表３に示すように、ウォータージ
ェット・デスケーリングに引き続いて行う超高圧湿式伸
線は、伸線ダイスに供給する湿式潤滑剤の圧力を増加さ
せることで、流体潤滑の助成、摩擦力の減少となり、従
来のコーシン（共栄社（株）製）による乾式伸線に比べ
てダイスおよび伸線後の線材表面温度が低下する。ま
た、湿式伸線であっても潤滑液の供給圧力を高めること
で乾式伸線より、その潤滑性を高めて負荷電流を小さく
することが可能である。

【００４４】

【表３】

【００４５】また、Ｓ４５Ｃで伸線ダイスに供給する潤
滑液の圧力を３０００Ｋｇ／ｃｍ^２とすることで、大気
圧で供給した場合に比べて伸線速度の高速化が可能とな
る。

【００４６】更に供給圧力を高めて（供給圧力／降伏応
力）を伸線ダイスから潤滑液が爆出する限界の０．７〜
０．８近傍とすることで、従来の乾式伸線よりも摩擦力
を低下させ、伸線速度の一層の高速化が期待できる。こ
のように供給圧力を増加させると、ダイス加工面の潤滑
膜厚みが厚くなり、伸線後の表面粗度が大きくなる。従
って表面粗度の小さいものが要求される場合にあって
は、最終ダイスの供給圧力を低下させ、境界潤滑に近づ
けることで目的が達成される。

【００４７】また、ウォータージェット・デスケーリン
グ後の鋼線を乾燥してシールダイスを乾式潤滑、伸線ダ
イスを超高圧湿式潤滑とすることで一層の高速伸線が可
能となる。

【００４８】

【発明の効果】引抜き加工前の鋼線をデスケーリングす
るに際して、ウォータージェットの高密度エネルギーを
無駄なく利用して、短時間でクリーンデスケーリングを
行い、引続き超高圧化した湿式潤滑液を伸線ダイスに供
給し、潤滑性を向上させて連続伸線加工することで、従
来の乾式伸線以上での高速伸線を可能とした。

【００４９】従って、デスケーリングおよび伸線加工時
の公害防止、作業環境改善を達成すると同時に品質改
善、生産性向上にも大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超高圧ウォータージェット・デスケー
リング装置と、超高圧化した湿式潤滑液を伸線ダイスに
圧入する装置を組み込んだ連続伸線装置を示す図。

【図２】本発明のデスケーリング装置の（イ）正面図と
（ロ）側面図。

【図３】本発明で採用した２ダイス伸線装置を示す図。

【符号の説明】

１…鋼線 ２…サプライスタンド ３…矯直機 ４…超高圧デスケーリン
グ装置 ５…噴射ノズル ６…２ダイス伸線装置 ７…シールダイス ８…伸線ダイス（圧力ダ
イス） ９…高圧室 １０…捲取ドラム（キャプ
スタン） １１…デスケノズル支持板 １２…線材固定ローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面が酸化してスケールの発生した金属
   線材に圧力１，０００〜１０，０００Ｋｇ／ｃｍ² の超
   高圧液体のウォータージェットを衝突させてスケールを
   除去し、次いで外部から超高圧化した湿式伸線用潤滑剤
   をダイス間の高圧室に供給して伸線加工することを特徴
   とする金属線材の伸線方法。
2. 【請求項２】 超高圧液体のウォータージェットを衝突
   させてスケールを除去する方法において、噴射ノズルの
   内径ｄと、ノズル先端から金属線材までの距離ｌの比
   （ｌ／ｄ）を１００〜８００とすることを特徴とする請
   求項１記載の金属線材の伸線方法。
3. 【請求項３】 直列に複数個配置した伸線ダイスにおい
   て、第１段目の縮径ダイスに乾式伸線用潤滑剤を、第２
   段目以降の縮径ダイスに超高圧化した湿式伸線用潤滑剤
   を供給して伸線加工することを特徴とする請求項１記載
   の金属線材の伸線方法。