JP6098716B2 - スプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、スプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線及びその製造方法に係り、特に、伸線潤滑性を確保して伸線速度を速め、鋼線の表面品質及び耐食性を向上させたスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線及びその製造方法に関する。
従来、スプリング用高炭素鋼線の場合、伸線時に潤滑が良好ではなく、伸線速度が遅く、表面にダイスマークなどの欠陥が頻繁に発生するという問題があった。
０．２ｍｍ以下の極細物スプリング用ワイヤとして、芯線にステンレス鋼線を使用する場合、ニッケルメッキを使用したりもするが、ニッケルメッキだけでは伸線性が確保されず、伸線時に亀裂などの問題が生じる。
一方、韓国登録特許第１０−０２９７４００号には、ステンレス鋼線を代替し、高炭素鋼線を使用してニッケルをメッキしたものが開示されているが、それもまた、伸線時に十分な伸線性が確保されないという短所がある。
本発明は、前述のような問題点を解決するために案出されたものであり、伸線潤滑性を確保して伸線速度を速め、鋼線の表面品質及び耐食性を向上させたスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線及びその製造方法を提供することをその目的とする。
前述のような問題点を解決するための本発明の一側面によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線は、高炭素鋼線からなる芯線と、前記芯線の表面に順次にメッキされたニッケルメッキ層及び銅メッキ層と、を含み、前記ニッケルメッキ層及び銅メッキ層がメッキされた芯線は、伸線工程を経ることを特徴とする。
また、前記ニッケルメッキ層の厚みは、前記銅メッキ層の厚みの２倍以上であることが望ましい。
また、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層を合わせた全メッキ層の厚みは、０．１μｍ以上ないし５μｍ以下であることが望ましい。
また、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層を熱処理し、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が拡散してニッケル銅合金層を形成した後、伸線工程を経て、前記ニッケル銅合金層において、ニッケルの含量が６０％以上であることが望ましい。
また、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が拡散してニッケル銅合金層を形成するように、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が形成された芯線を熱処理しながら伸線し、前記ニッケル銅合金層において、ニッケルの含量が６０％以上であることが望ましい。
また、前記伸線工程後に、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が拡散してニッケル銅合金層を形成するように、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が形成された芯線を熱処理し、前記ニッケル銅合金層において、ニッケルの含量が６０％以上であることが望ましい。
また、前記熱処理は、２００℃ないし５００℃で行われることが望ましい。
一方、前述のような問題点を解決するための本発明の他の側面によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法は、高炭素鋼線を利用して芯線を製造する段階と、前記芯線にニッケルメッキ層を形成する段階と、前記ニッケルメッキ層に銅メッキ層を形成する段階と、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層の形成後、伸線する段階と、を含むことを特徴とする。
また、前記製造方法で、前記ニッケルメッキ層の厚みは、前記銅メッキ層の厚みの２倍以上であることが望ましい。
また、前記製造方法で、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層を合わせた全メッキ層の厚みは、０．１μｍ以上ないし５μｍ以下であることが望ましい。
また、前記製造方法で、前記伸線する段階以前に、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層を熱処理し、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が拡散してニッケル銅合金層を形成する段階を含み、前記ニッケル銅合金層において、ニッケルの含量が６０％以上であることが望ましい。
また、前記製造方法で、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が拡散してニッケル銅合金層を形成するように、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が形成された芯線を熱処理しながら伸線し、前記ニッケル銅合金層において、ニッケルの含量が６０％以上であることが望ましい。
また、前記製造方法で、前記伸線工程後に、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が拡散してニッケル銅合金層を形成するように、前記ニッケルメッキ層及び前記銅メッキ層が形成された芯線を熱処理し、前記ニッケル銅合金層において、ニッケルの含量が６０％以上であることが望ましい。
また、前記製造方法で、前記熱処理は、２００℃ないし５００℃で行われることが望ましい。
本発明によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線及びその製造方法は、伸線潤滑性を確保して伸線速度を速め、鋼線の表面品質及び耐食性を向上させる。
以下、本発明による望ましい実施形態について、添付された図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の断面図であり、図２は、本発明の他の実施形態によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の断面図である。図３は、本発明の一実施形態によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法に係わるフローチャートであり、図４は、本発明の他の実施形態によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法に係わるフローチャートであり、図５は、本発明のさらに他の実施形態によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法に係わるフローチャートである。図６は、本発明のさらに他の実施形態によるスピリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法に係わるフローチャートである。
まず、図１を参照すれば、本発明の一側面によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線は、芯線１０、ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０を含む。
前記芯線１０は、高炭素鋼線を利用して製造される。本実施形態において、前記芯線１０は、炭素含量が０．８重量％以上の高炭素鋼線が使用される。
前記ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０は、本発明において、核心的な特徴をなす部分であり、前記芯線１０の外周面に、前記ニッケルメッキ層２０がメッキされた後、前記銅メッキ層３０が順次にメッキされる。前記ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０がメッキされた後、伸線工程が遂行される。
前記ニッケルメッキ層２０は、スプリング用高炭素鋼線の耐食性を向上させるために具備される。前記銅メッキ層３０は、前記伸線工程を遂行するとき、潤滑性を確保して伸線速度を速め、スプリング用高炭素鋼線の表面品質を向上させるために具備される。
本発明実施形態において、前記ニッケルメッキ層２０の厚みは、前記銅メッキ層３０の厚みの２倍以上に形成され、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０を合わせた全メッキ層の厚みは、０．１μｍ以上ないし５μｍ以下に形成される。
前記ニッケルメッキ層２０の厚みが、前記銅メッキ層３０の厚みに比べ、２倍未満に形成される場合、メッキ鋼線の耐食性が落ちる。前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０の厚みの和が０．１μｍ未満であるとき、やはり耐食性が不足し、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０の厚みの和が５μｍを超える場合は、メッキ層の厚みが過度であり、製造コストがかさむという短所がある。
一方、本発明の他の実施形態によれば、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０を形成した後で熱処理し、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が１層の合金層として存在する。
図２は、芯線１０の外周面に、ニッケルメッキ層２０と銅メッキ層３０とが順次にメッキされた状態において、後続して熱処理を行うことにより、前記ニッケルメッキ層２０と前記銅メッキ層３０とが拡散し、ニッケル銅合金層４０を形成した状態を図示したのである。前記ニッケル銅合金層４０を形成した後、伸線工程を経ることになる。
本実施形態において、前記熱処理工程は、２００℃ないし５００℃の範囲で遂行される。前記温度範囲は、前記ニッケルメッキ層２０と前記銅メッキ層３０とが互いに拡散する温度範囲である。熱処理工程に所要する時間は、前記温度範囲によって適切に調節される。前記温度範囲から、相対的に高い温度で、熱処理工程に所要する時間は、相対的に低い温度で熱処理工程に所要する時間より短い。
本実施形態で、前記熱処理工程を遂行して形成されるニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、前記合金層の全重量対比で６０％以上である。前記ニッケルの含量が、前記６０％以上であるとき、耐食性が優秀になると確認された。
また、本実施形態において、前記ニッケル銅合金層４０の全厚は、前述のニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０で存在する場合と同様に、０．１μｍ以上ないし５μｍ以下に形成される。
前記ニッケル銅合金層４０の厚みが、０．１μｍ未満であるとき、耐食性が不足し、前記ニッケル銅合金層４０の厚みが５μｍを超える場合は、合金層の厚みが過度であり、製造コストがかさむという短所がある。
一方、本発明のさらに他の実施形態によれば、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が拡散し、ニッケル銅合金層４０を形成するように、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が形成された芯線１０を熱処理しながら伸線工程を遂行することができる。すなわち、伸線工程及び熱処理工程を同時に遂行することができる。
このとき、前記熱処理工程は、前述の実施形態と同様に、２００℃ないし５００℃の範囲で遂行される。また、前記ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、前述の実施形態と同様に、前記ニッケル銅合金層４０の全重量対比で６０％以上である。
本実施形態において、前記熱処理工程の温度範囲、ニッケル銅合金層４０の厚み、並びにニッケル銅合金層４０でのニッケル含量に対する基準、作用及び効果は、前述の実施形態と同一であるので、その具体的な説明は省略する。
一方、本発明のさらに他の実施形態によれば、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が形成された芯線１０を伸線し、前記ニッケルメッキ層２０と銅メッキ層３０とが拡散し、ニッケル銅合金層４０を形成するように、伸線が完了した後、熱処理を行うことができる。すなわち、伸線工程後に、熱処理工程を遂行することができる。
このとき、前記熱処理工程は、前述の実施形態と同様に、２００℃ないし５００℃の範囲で遂行される。また、前記ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、前述の実施形態と同様に、前記ニッケル銅合金層４０の全重量対比で６０％以上である。
本実施形態において、前記熱処理工程の温度範囲、ニッケル銅合金層４０の厚み、並びにニッケル銅合金層４０でのニッケル含量に対する基準、作用及び効果は、前述の実施形態と同一であるので、その具体的な説明は省略する。
以下、本発明を適用した実施例を提示し、本発明の作用及び効果について詳細に説明する。
下記表１を参照すれば、本実施例では、１２種のサンプルをテストした。サンプル１は、ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０を形成しない場合であり、サンプル２ないし１２は、ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０を、芯線１０の外周面に順次に形成した後、所定の温度で熱処理したサンプルである。
サンプル２ないし１２において、全体メッキ厚は、前記ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０の和を意味し、熱処理後の合金層のニッケル含量を、全合金層の重量対比で重量％で記載した。
本実験例においては、芯線１０としては、Ｃ（炭素）０．８２重量％、ケイ素（Ｓｉ）０．２重量％、マンガン（Ｍｎ）０．４重量％、リン（Ｐ）０．０１５重量％、硫黄（Ｓ）０．０１５重量％の成分を有する５．５ｍｍ高炭素鋼線を使用し、前記高炭素鋼線に対して、インライン酸洗及びリン酸塩被膜を実施した後、２．４ｍｍまで伸線した。
その後、１，０００℃に加熱し、５６０℃で鉛パテンティング処理し、パーライト組織に調整し、二次酸洗とリン酸塩被膜とを実施した後、０．６ｍｍまで二次伸線した。
前記伸線された０．６ｍｍ高炭素鋼線をさらに５６０℃で鉛パテンティング処理し、酸洗後、ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０を順次に形成した。
次に、ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０が形成された芯線１０に対し、最終線径０．１ｍｍに伸線した。このとき、サンプル１の伸線速度は、１００ｍ／ｍｉｍであり、サンプル２ないし１２の伸線速度は、５００ｍ／ｍｉｍであり、２２個のダイスを使用する湿式伸線機を使用した。
最終伸線後、追加して高周波を利用して、５００℃で熱処理し、ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０を拡散させ、ニッケル銅合金層４０を形成した。
サンプル１ないし１２の高炭素鋼線に対する特性評価結果は、下記表１の通りである。
銅メッキ層３０またはニッケル銅合金層４０を具備することにより、芯線１０の外周面に、軟質のメッキ層が形成され、既存非メッキ高炭素鋼線の伸線速度である１００ｍ／ｍｉｍより高い５００ｍ／ｍｉｍの伸線速度で伸線が可能になり、高炭素鋼線の表面特性（成形性）にすぐれると確認された。
前記サンプル２の結果から分かるように、最終加工された高炭素鋼線において、ニッケル銅合金層４０の厚みが０．１μｍ未満になる場合、耐食性が不足するということが分かる。
また、前記サンプル４及びサンプル５は、ニッケルメッキ層２０の厚みと、銅メッキ層３０の厚みとの比が１．３に形成される。前記サンプル４及びサンプル５の結果から分かるように、ニッケルメッキ層２０の厚みと、銅メッキ層３０の厚みとの比率が２．０未満である場合、耐食性に劣るということが分かる。
また、前記サンプル４及びサンプル５の場合、後続的な熱処理を行った後、ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量がそれぞれ５５．６重量％、５７．１重量％である。サンプル４及びサンプル５の結果から分かるように、ニッケルの含量が６０重量％未満である場合、耐食性が良好ではないということが分かる。
一方、本発明の他の側面によれば、スプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法が提供される。
前記製造方法は、高炭素鋼線を利用して、芯線１０を製造する段階Ｓ１、前記芯線１０に、ニッケルメッキ層２０を形成する段階Ｓ２、前記ニッケルメッキ層２０に、銅メッキ層３０を形成する段階Ｓ３、並びに前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０の形成後、伸線する段階Ｓ４を含む。
本実施形態において、前記芯線１０は、炭素含量が０．８重量％以上の高炭素鋼線を利用して製造される。次に、前記芯線１０の外周面に、ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０を順次に形成する。前記ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０を形成した後、最終的な伸線工程が遂行される。
このとき、前記ニッケルメッキ層２０の厚みは、前述のスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線で説明したように、前記銅メッキ層３０の厚みの２倍以上に形成される。また、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０を合わせた全メッキ層の厚みは、０．１μｍ以上ないし５μｍ以下に形成される。
ニッケルメッキ層２０の厚みを、銅メッキ層３０の厚みに２倍以上に形成し、ニッケルメッキ層２０と銅メッキ層３０との厚みを合わせた全メッキ層の厚みを、０．１μｍ以上ないし５μｍ以下にするときの作用及び効果については、説明した通りであり、その具体的な説明は省略する。
本発明の製造方法に係わる他の実施形態によれば、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０を形成した後で熱処理し、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が１層の合金層として存在する。
本実施形態において、前記Ｓ１段階ないしＳ３段階の遂行後、ニッケル銅合金層４０を形成する段階Ｓ３−１が遂行される。
前記ニッケル銅合金層４０を形成する段階Ｓ３−１は、前記伸線する段階Ｓ４以前に、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０を熱処理し、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が拡散し、ニッケル銅合金層４０を形成する段階である。
このとき、前記ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、６０％以上に形成される。前記ニッケルの含量を６０重量％以上にしたことに係わる作用及び効果は、前述の通りであり、具体的な説明は省略する。
前記熱処理は、２００℃ないし５００℃で行われる。前記温度範囲において、前記ニッケルメッキ層２０と前記銅メッキ層３０とが互いに拡散し、１層のニッケル銅合金層４０に形成される。
本実施形態による製造方法の作用及び効果は、前述のスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の作用及び効果と同一であるので、その具体的な説明は省略する。
一方、本発明の製造方法に係わるさらに他の実施形態によれば、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が拡散し、ニッケル銅合金層４０を形成するように、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が形成された芯線１０を熱処理しながら伸線する（Ｓ４−１）。すなわち、伸線工程を遂行しながら、同時に熱処理工程を遂行する。
このとき、前記熱処理は、２００℃ないし５００℃で行われる。また、ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、６０％以上である。前記熱処理温度範囲、及びニッケル銅合金層４０でのニッケルの含量に係わる作用及び効果は、前述の通りであり、具体的な説明は省略する。
また、本実施形態による製造方法の作用及び効果は、前述のスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の作用及び効果と同一であるので、その具体的な説明は省略する。
一方、本発明の製造方法に係わるさらに他の実施形態によれば、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が形成された芯線１０を伸線し、その伸線後、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が拡散し、ニッケル銅合金層４０を形成するように、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が形成された芯線１０を熱処理することができる（Ｓ５）。すなわち、伸線工程を遂行した後、熱処理工程を遂行する。
このとき、前記熱処理は、２００℃ないし５００℃で行われる。また、ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、６０％以上である。前記熱処理温度範囲、及びニッケル銅合金層４０でのニッケルの含量に係わる作用及び効果は、前述の通りであり、具体的な説明は省略する。
また、本実施形態による製造方法の作用及び効果は、前述のスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の作用及び効果と同一であるので、その具体的な説明は省略する。
このように、本発明によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線及びその製造方法は、ニッケルメッキ層２０によって耐食性を向上させ、ニッケルメッキ層２０上に銅メッキ層３０を施して潤滑性を付与し、伸線時に伸線速度を速め、製造時間を短縮させ、同時に最終製品の表面品質を向上させる。特に、ニッケルメッキ層２０の厚みを、銅メッキ層３０の厚みの２倍以上に形成し、ニッケルメッキ層２０による耐食性を十分に確保する。
また、ニッケルメッキ層２０及び銅メッキ層３０を熱処理し、ニッケル銅合金層４０を形成する場合、前記ニッケル銅合金層４０の全重量に対して、ニッケルが６０重量％以上に制御し、十分な耐食性を確保する。
一方、本発明によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線は、ニッケル銅メッキ高炭素鋼線を製造した後、後工程として、金メッキ工程が遂行されてもよいが、すでにニッケルメッキ層２０またはニッケル銅合金層４０が形成された状態で伸線されて製造されたので、金メッキ工程のために、ニッケル下地メッキを省略することができ、製造コストをを節減することができる。
従来、非メッキ高炭素鋼線の場合、高炭素鋼線を形成した後、後続して金メッキ工程が遂行され、このとき、ニッケル下地メッキを施さなければなければならない。本発明によるスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線及びその製造方法は、後続工程である金メッキ工程を遂行するとき、ニッケル下地メッキ工程を省略することができるので、生産性及び経済性を確保する。
以上、本発明について、望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を外れない範囲内で、さまざまな多くの変形が提供される。
Claims (7)
- 炭素含量が０．８重量％以上の高炭素鋼線からなる芯線１０と、
前記芯線１０の表面に形成されたニッケルメッキ層２０と、
前記ニッケルメッキ層２０の表面に形成された最外層としての銅メッキ層３０と、
を含み、
前記ニッケルメッキ層２０の厚みは、前記銅メッキ層３０の厚みの２倍以上であり、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０を合わせた全メッキ層の厚みは、０．１μｍ以上ないし５μｍ以下であることを特徴とするスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線。 - 前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０からなるニッケル銅合金層４０を含み、
前記ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、６０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線。 - 炭素含量が０．８重量％以上の高炭素鋼線を利用して芯線１０を製造する段階と、
前記芯線１０に、ニッケルメッキ層２０を形成する段階と、
前記ニッケルメッキ層２０に、最外層としての銅メッキ層３０を形成する段階と、
前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０の形成後、伸線する段階と、を含み、
前記ニッケルメッキ層２０の厚みは、前記銅メッキ層３０の厚みの２倍以上であり、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０を合わせた総厚みは、０．１μｍ以上ないし５μｍ以下であることを特徴とするスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法。 - 前記伸線する段階以前に、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０を熱処理し、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が拡散し、ニッケル銅合金層４０を形成する段階を含み、
前記ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、６０％以上であることを特徴とする請求項３に記載のスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法。 - 前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が拡散し、ニッケル銅合金層４０を形成するように、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が形成された芯線１０を熱処理しながら伸線し、
前記ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、６０％以上であることを特徴とする請求項３に記載のスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法。 - 前記伸線する段階の後、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が拡散し、ニッケル銅合金層４０を形成するように、前記ニッケルメッキ層２０及び前記銅メッキ層３０が形成された芯線１０を熱処理し、
前記ニッケル銅合金層４０において、ニッケルの含量は、６０％以上であることを特徴とする請求項３に記載のスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法。 - 前記熱処理は、２００℃ないし５００℃で行われることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のスプリング用ニッケル銅メッキ高炭素鋼線の製造方法。
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