KR100210824B1

KR100210824B1 - 스테인레스 강선 및 제조방법

Info

Publication number: KR100210824B1
Application number: KR1019960038830A
Authority: KR
Inventors: 박주환; 이선종; 이제문; 유끼오 야마오까
Original assignee: 홍호정; 고려상사주식회사
Priority date: 1996-09-07
Filing date: 1996-09-07
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR19980020369A; JP2891683B2; JPH1088179A

Abstract

나사 또는 스프링등으로 가공되는 스테인레스 강선 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 스테인레스 강선은, K₂SO₄와 Na₂SO₄를 소정 비율로 혼합한 황산염 피막조에 침적되는 단계를 거쳐 제조되며, 이에 의해 표면에 황산염 피막이 형성된다. 이 피막에 의해 가공시의 윤활성이 향상되어 스테인레스 강선을 가공하는 공구의 수명이 연장되고, 공구의 잦은 교체를 방지함으로써 생산능률이 향상되며, 또한 전체적인 제품의 불량율이 감소되는 효과를 가진다.

Description

스테인레스 강선 및 제조방법

본 발명은 나사 및 스프링 제조용 스테인레스 강선 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 표면에 황산염 피막을 형성시킴으로써 가공시 윤활성을 향상시킨 스테인레스 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인레스 강선을 나사 또는 스프링으로 제조할 때에는, 그 스테인레스 강선을 다이스에서 압조(die press)하거나 코일링(coiling) 가공하여 소정의 형상으로 제조하게 되는데, 이때 재료와 공구간에는 심한 마찰이 발생되게 된다. 따라서 이와 같은 스테인레스 강선의 가공시에는 재료와 공구 사이의 윤활이 중요한 작업 요소의 하나가 된다.

먼저 나사 가공과 같은 냉간압조의 경우를 보면 다음과 같다.

스테인레스 강선으로 나사를 제조할 때는, 나사의 머리를 성형하는 공정을 거치게 되는데, 그 과정을 도 1a 내지 도 1e에 도시하였다.

도면을 참조하면, 먼저 도 1a에 도시된 바와 같이 스테인레스 강선(1)이 송출롤러(미도시)에 의해 절단 다이스(2) 내로 공급되고, 그 절단 다이스(2)를 통과한 스테인레스 강선(1)은 상기 절단 다이스(2)와 대향되게 설치된 정척 스토퍼(3)에 의해 소정 기준 높이에서 정지된다. 이때, 절단 나이프(4)가 상기 절단 다이스(2)의 수평면(2a) 상에서 화살표 A방향으로 슬라이딩하면서 상기 스테인레스 강선(1)을 절단한다. 이와 같이 절단된 스테인레스 강선(1)은 절단과 동시에 슬라이딩되는 절단 나이프(4)에 의해 다음 스테이지, 즉 도 1b에 도시된 바와 같이 나사의 머리를 성형하기 위한 머리 성형 다이스(5)로 이송된다. 그리고 도 1c에 도시된 바와 같이, 나사 머리를 성형하기 위한 제1펀치(6)가 하강하면서 스테인레스 강선(1)의 선단부를 압착하여 나사의 머리부(1a)를 성형한다. 이어서 도 1d에 도시된 바와 같이, 나사홈을 가공하기 위한 제2펀치(7)가 하강하여 상기 머리부(1a)에 +자 홈(1b)을 가공한다. 마지막으로 도 1e에 도시된 바와 같이, 머리 성형 다이스(5)의 내부에 설치된 녹아웃핀(knock-out pin)(8)이 스테인레스 강선(1)을 다이스(5)의 외부로 밀어냄으로써 가공이 완료된다.

그런데 상기와 같이 스테인레스 강선이 나사로 성형될 때는, 도 2에 도시된 화살표 B방향으로 재료의 흐름이 생기게 된다. 즉, 상기 제1,2펀치(6)(7)에 의해 나사의 머리부(1a) 및 +자 홈(1b)이 각각 가공되면서 재료와 펀치간에 격렬한 마찰이 발생한다. 특히 상기 제2펀치(7)에 의한 홈(1b) 가공시에는 도 2에 도시된 바와 같이 펀치(7)의 G 부분에 현저한 마모가 일어나게 되고, 이와 같은 마모가 심하면 펀치(7)가 파손되는 경우도 발생한다. 따라서 나사 가공시 공구와 스테인레스 강선간의 윤활은 매우 중요한 요소이며, 이 윤활상태에 따라 펀치의 수명과, 가공된 나사의 불량율 및 생산효율 등이 영향을 받게 된다.

따라서 이러한 윤활을 위해 종래에는 스테인레스 강선의 표면에 동도금 또는 수산염피막(oxalate coat) 등을 실시하였다. 그러나 동도금의 경우 도금 공정에서 공해를 유발하고, 가공 후 잔류하고 있는 동도금을 질산 등에 침적하여 제거해야 하는 번거로움이 있었다. 또한 수산염피막의 경우에는 액농도 관리의 어려움이 있고 피막된 강선 표면이 암록색을 나타내어 스테인레스 나사의 품질로는 적합치 않으며 광택을 내기 위해 다시 연마공정을 거쳐야 하므로 제조원가가 상승하게 된다.

한편, 최근에는 강선 재료로서 불순물이 적은 청정강(淸淨鋼)이 제조되면서 강선의 표면에 아무 피막도 없이 나선(裸線)상태로 나사를 가공하는 것이 보편화되고 있다. 그런데 이와 같은 청정강을 사용하면, 청정강의 우수한 기계적 성질에 의해 강선 표면에 피막을 형성시키지 않고도 다이스 윤활제로만 가공을 수행할 수 있으나, 가공을 수행하는 펀치의 마모가 심해짐으로써 펀치를 자주 교체해야 하므로 작업효율이 저하되는 문제점이 있다.

다음으로 스프링 가공의 경우를 살펴보면 다음과 같다.

스테인레스 강선이 스프링으로 가공(코일링 가공)될 때에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 강선(18)이 교정롤러(11)에 의해 직선화된 후, 공급롤러(12)에 의해 강선 가이드(13)로 이송되고, 코일링 핀(14)에 의해 소성가공된다. 이후 압축스프링인 경우에는 핏치(pitch)가 생기도록 핏치 핀(pitch pin;16)에 의해 약간의 비틀림 가공을 받은 후, 소정권수가 된 시점에 심금(15)과 절단칼(17)에 의해 절단되어 한 개의 압축코일스프링이 완성되게 된다.

이와 같이 강선(18)을 스프링으로 성형할 때 상기 강선(18)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 강선(18)의 진행방향에 대해 α각도만큼 경사지도록 상기 코일링 핀(14)에 새겨진 홈(14a)에 의해 극심한 마찰가공을 받게 된다. 따라서, 상술한 나사의 경우 즉, 냉간압조의 경우와 마찬가지로 공구와 강선간의 윤활이 중요하게 된다. 그리고 이 윤활 상태는 코일스프링의 치수 편차(예컨대 스프링 자유길이 변동)에 직접적으로 영향을 주어 스프링 불량율의 변화로 나타나기 때문에, 생산능률 측면에서도 매우 중요한 요소가 된다. 상기 스프링 자유길이는 스프링을 무부하상태로 두었을 때의 길이를 말하는 것으로서, 스프링 불량 여부를 판정하는 기준이 된다.

따라서 스프링 가공시 윤활성을 향상시키기 위해 종래에는, 스테인레스 강선의 표면에 닉켈을 도금하여 그 닉켈 도금 피막에 의한 윤활 효과를 얻었다. 이와 같은 닉켈 도금 피막은 스프링 성형후 저온 소둔, 즉 템퍼링(tempering)시 표면에 발생되기 쉬운 담황색의 착색(즉, 템퍼 칼라)이 발생되지 않으며, 용접성도 좋은 특징이 있어 널리 사용되고 있다. 그러나 이 닉켈 도금은 전기 도금 공정에 의해 수행되는 것으로서 설비가 고가이고 도금속도가 느리기 때문에 제조원가가 높아진다. 또한 이 닉켈 도금은 윤활성에 한계를 가지고 있기 때문에 인발가공시에도 고속 인발을 수행할 수 없는 문제점이 있다.

한편 스프링 가공시 윤활성 향상을 위해 상기 닉켈 도금 이외에, 염화 비닐 수지와 같은 수지 피막이나, 수산 피막 또는 보렉스(Na₂B₄O₇) 등과 같은 피막을 형성시킨 스테인레스 강선이 있다. 그러나 염화 비닐 수지의 경우는 공해를 유발하는 문제가 있고, 수산 피막의 경우는 열처리후 강선의 표면이 검게 되어 별도의 연마 공정을 추가해야 하는 문제가 있으며, 보렉스의 경우는 강선을 그 보렉스 피막조 내에 침적시켜 피막을 형성시키므로 공정이 간단한 장점은 있지만 피막 자체의 흡습성이 높아 강선에 녹 발생을 촉진시키는 단점이 있어 보렉스 단독 피막은 문제점을 가지고 있다.

상술한 바와 같이, 나사 가공과 같은 냉간압조의 경우와 스프링 가공의 경우에 모두 윤활이 중요한 작업 요소가 되며, 이를 위해 종래에는 모재인 스테인레스 강선의 표면에 소정의 피막을 형성시키거나 또는 청정강을 사용하였다. 그러나 이와 같은 종래의 방식은 제조 원가와 윤활성 및 작업효율을 동시에 만족시키지 못하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 윤활성이 좋고, 공구의 마모가 감소되어 작업효율이 향상될 수 있으며, 제조공정이 복잡하지 않도록 개선된 스테인레스 강선 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1e는 스테인레스 강선으로 나사를 제조하는 공정을 순차적으로 나타낸 개략도,

도 2는 나사가공시 펀치와 스테인레스 강선간의 마찰상태를 보인 개념도,

도 3은 스테인레스 강선으로 스프링을 가공하는 공정을 개략적으로 보인 개략도,

도 4는 도 3의 요부 발췌도,

도 5는 본 발명에 따른 스프링용 스테인레스 강선의 제조과정을 나타낸 흐름도.

도 6은 본 발명에 따른 냉간압조용 스테인레스 강선의 제조과정을 나타낸 흐름도.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스테인레스 강선은, 가공시의 윤활성을 향상시키기 위해 그 표면에, K₂SO₄와 Na₂SO₄중 어느 하나 또는 그들의 혼합물 75∼90wt%와, Na₂B₄O₇3∼25wt%,및 비이온계 계면활성제 2∼10wt%를 포함하여 이루어진 황산염 피막이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스테인레스 강선 제조방법은, K₂SO₄와 Na₂SO₄중 어느 하나 또는 그들의 혼합물 75∼90wt%와, Na₂B₄O₇3∼25wt%,및 비이온계 계면활성제 2∼10wt%를 포함하는 황산염 수용액내에 스테인레스 강선을 침적시킨 후 건조시켜, 상기 스테인레스 강선의 표면에 황산염 피막을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의하면, 상기 황산염 수용액의 농도 및 온도는 각각 10∼30vol% 및 80∼95℃이고, 상기 스테인레스 강선의 침적시간은 20∼50초이며, 상기 침적된 스테인레스 강선은 100∼150℃에서 건조되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따르면, 스테인레스 강선의 표면에는 그 윤활성 향상을 위한 황산염 피막이 형성된다. 상기 황산염 피막은, 75∼90wt%의 황산칼륨(K₂SO₄)과 황산나트륨(Na₂SO₄)의 혼합물, 3∼25wt%의 보렉스(Na₂B₄O₇), 및 2∼10wt%의 비이온계 계면활성제로 구성된다. 여기서, 상기 황산칼륨과 황산나트륨의 혼합물은 그들 중 어느 하나로만 구성될 수도 있다.

상기 황산칼륨(K₂SO₄)과 황산나트륨(Na₂SO₄)은 그 융점이 각각 1,069℃ 및 884℃로서 내열성이 뛰어나며, 100℃ 정도의 건조에 의해 쉽게 무수 결정염(결정수를 포함하지 않는 화합물)이 되기 때문에, 고열이 발생하는 인발 조건에서도 적절한 내구성을 가진다. 그리고 상기 황산칼륨과 황산나트륨의 화합물에 의해 황산염 피막의 윤활성이 결정되므로 이 함량을 너무 낮추면 윤활성이 떨어진다. 따라서 그 최소치를 75%로 하고, 최대치는 다른 첨가물의 최소 필요량과의 밸런스를 위해 90%로 설정하는 것이 바람직하다.

또한 상기 보렉스(Na₂B₄O₇)는 상기 황산칼륨과 황산나트륨이 강선에 밀착되도록 하는 바인더의 역할을 하는 것으로서 3%이상의 함량이 필요하며, 너무 많으면 보렉스 자체의 윤활성이 피막 자체의 윤활성에 영향을 미치므로 최대 25% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 비이온계 계면 활성제는 강선과 피막제 수용액과의 젖음성을 개선하고 보렉스가 강선과 잘 밀착되도록 하여 결과적으로 황산칼륨과 황산나트륨이 강선에 잘 밀착되도록 하는 역할을 한다. 이 비이온계 계면 활성제는 2% 이하에서는 효과가 적기 때문에 그 이상을 필요로 하나, 많이 첨가되면 액의 거품이 많아져 작업성을 저해하므로 그 최대 함량은 10% 정도인 것이 바람직하다.

본 발명의 스테인레스 강선은 상기의 조성을 가진 황산염 피막 용액이 담긴 피막조에 침적시켜 그 표면에 황산염 피막을 형성시킴으로써 제조된다.

이때, 황산염 수용액의 농도는 10∼30vol%이고, 그 온도는 80∼95℃인 것이 바람직하다. 상기 스테인레스 강선의 표면에 형성되는 피막의 두께는 상기 피막제의 농도에 따라 비례적으로 변화한다. 즉, 피막제 농도가 낮으면 피막 두께가 얇아지며 이때는 가공에 필요한 윤활성 확보가 어렵기 때문에 최소 10vol% 이상의 농도가 필요하다. 그리고 상기 황산칼륨과 황산나트륨이 수용액에 용해될 수 있는 포화용해도가 30vol%이며, 농도가 너무 높으면 피막두께가 두꺼워져 강선에 대한 밀착성이 떨어지고 가공시 피막이 떨어져 나가는 현상이 발생될 수 있으므로 피막용액의 농도는 최대 30vol%인 것이 바람직하다.

이와 같은 조건하에서 스테인레스 강선은 피막조에 침적된다. 이때 스테인레스 강선의 표면적당 상기 피막제의 부착량은 인발과 같은 가공시 피막이 떨어져 나가지 않으면서 윤활성을 유지할 수 있도록 적절히 설정되는데, 바람직하게는 약 1.0∼5.0g/㎡ 이며, 이를 위해 스테인레스 강선의 침적시간은 20∼50초로 설정된다.

이어서, 피막조에 침적되어 그 표면에 황산염 피막이 형성된 스테인레스 강선은 건조 과정을 거치며, 이때 건조 온도는 100∼150℃인 것이 적당하다. 이는 보렉스(Na₂B₄O₇)의 결정형이 이 온도에서 Na₂B₄O_7。5H₂O의 5수염이 되고, 이 5수염이 바인더로서 가장 결합력이 강하기 때문이다.

본 발명에 따른 스테인레스 강선은 가공시 공구와의 마찰에 대한 윤활성이 뛰어나 스프링 또는 나사 제조용으로 적합하다. 따라서, 본 발명의 스테인레스 강선 제조 공정은 그러한 제조 용도에 적합하도록 적용될 수 있는데, 예를 들어, 상기 황산염 피막을 하기에 앞서 선재인 스테인레스 강선을 적어도 한 번 이상 인발하고 소둔처리할 수 있다. 이 경우, 상기 인발 및 소둔은 강선의 가공 및 재질 향상을 위한 통상적인 방법이 적용될 수 있다.

이하 상기와 같은 황산염 피막제의 조성과 피막조건하에서, 스프링으로 제조되는 스프링용 스테인레스 강선과, 나사 또는 볼트등으로 제조되는 냉간압조용 스테인레스 강선을 제조하고 테스트한 시험예를 차례로 설명하기로 한다.

(1) 스프링용 스테인레스 강선

본 시험예에 사용된 선재는, C 0.06% - Cr 18.80% - Ni 8.49% - Mn 1.20% - Si 0.48% 의 성분을 가진 일반적인 스테인레스 304(SUS304) 계열로서, 그 단면의 직경은 5.50mm이다.

이와 같은 스테인레스 선재를 가공하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 상기 선재를 인발하여 직경 2.0mm의 중간선으로 1차 인발가공하고(p1), 이 중간선을 약 1,050℃로 소둔한 후(p2), 본 발명에 따른 황산염 피막을 실시하였다(p3). 이때 황산염 피막의 조성 및 조건은 전술한 바와 같다. 그리고 그 중간선을 분당 270m의 인발속도에서 직경 0.7mm로 2차 인발가공한 후(p4), 권취하였다(p5).

그리고 이와 같이 제조된 본 발명의 스테인레스 강선과의 비교재로서, 전술한 조성의 범위를 일부 벗어나는 조건을 설정하여 그에 따른 복수의 강선을 제조하였다. 하기의 표 1에 본 발명에 따른 조건하에서 제조된 스테인레스 강선과, 상기 비교재의 피막조건을 나타내었다. 여기서 시험번호 2,5,8,16 및 19는 본 발명에 따른 피막조건에 해당하는 경우이며, 나머지는 비교재로서 본 발명의 범위를 일부 벗어난 피막조건에 해당한다.

시험 번호	피막제중 K₂SO₄+Na₂SO₄혼합물의 함량(%)	Na₂B₄O₇(%)	계면활성제 (%)	피막제 수용액 농도 (%)	피막제 온도 (℃)	건조 온도 (℃)
시험 번호	K₂SO₄100%	Na₂B₄O₇(%)	계면활성제 (%)	피막제 수용액 농도 (%)	피막제 온도 (℃)	건조 온도 (℃)	K₂SO₄70%+Na₂SO₄30%	K₂SO₄50%+Na₂SO₄50%	K₂SO₄30%+Na₂SO₄70%	Na₂SO₄100%
1	70					23	7	20	85	130
2	80					15	5	20	85	130
3	95					3	2	20	85	130
4			70			25	5	20	85	130
5			80			15	5	20	85	130
6			95			3	2	20	85	130
7					72	20	8	20	85	130
8					80	15	5	20	85	130
9					95	3	2	20	85	130
10			75			10	15	20	85	130
11			80			19	1	20	85	130
12			90			1	9	20	85	130
13			75			1	24	20	85	130
14					80	16	4	5	85	130
15					80	15	5	35	85	130
16		80				15	5	20	85	130
17		80				15	5	15	85	90
18		80				17	3	20	85	170
19				80		15	5	20	85	130
20				80		15	5	15	85	90
21				80		10	10	5	85	130

또한, 다른 비교재로서 니켈 도금, 수지 피막, 수산 피막 및 보렉스 피막이 형성된 강선도 각각 동일한 사이즈로 제조하였다.

이와 같이 제조된 각각의 스테인레스 강선을, 피막의 윤활성과, 스프링 코일링성, 템퍼링(tempering) 후의 표면색상 및 내식성에 대하여 테스트한 후 서로 비교 분석하였다. 이때의 분석 기준은 다음과 같이 설정하였다.

① 피막의 윤활성

강선을 직경 0.7mm로 인발하는 최종 다이스에서 인발속도를 서서히 상승시켜 각 속도당 5분간 작업한 후 강선의 표면을 관찰하여, 다이스와의 마찰에 의한 마크가 발생되기 시작하는 한계속도를 구하였다. 그리하여 이 한계속도가 높을수록 윤활성이 양호한 것으로 판단하였다. 또한 280m/분의 인발속도로 직경 0.7mm의 강선을 5톤 인발한 후 다이스의 마모량을 조사하여, 그 마모량이 적을수록 윤활성이 좋다고 판단하였다.

② 코일링성

상기 강선을 자유길이 38mm, 코일 평균 직경 12.0mm, 유효권수 10.5, 스프링 상수 17.1인 압축 스프링으로 코일링한 후, 상기 자유길이의 합격 범위를 ±0.10mm로 설정하여 그 범위를 벗어나는 개수를 카운트하였다.

③ 템퍼링 후의 표면 색상

코일링 가공된 압축 스프링을 각 피막별로 전기로에 넣어서 350℃에서 10분간 템퍼링한 후 표면의 색상을 비교하였다. 표면에 흰색 스테인레스 색상을 가지는 스프링이 양호한 것이다.

④ 내식성

상기 각 피막의 압축 스프링에 염화나트륨(NaCl) 3% 조성을 가진 30℃의 염수를 분무하여 붉은 녹이 발생될 때까지의 시간을 측정하였다.

이와 같은 시험 기준에 의거하여 상기 각 피막이 형성된 스테인레스 강선에 대해 실시한 테스트 결과를 하기의 표 2에 나타내었다. 여기서 시험번호는 상기 표 1과 동일한 순서로 부여하였다. 즉, 표 2에서도 시험번호 2,5,8,16 및 19가 본 발명의 제조조건에 따라 제조된 강선이다.

시험번호	피막 종류	0.7mm 강선 인발시 다이스 마크 발생 한계속도(m/분)	0.7mm 강선을 280m/분의 속도로 5톤 인발한 후의 다이스 마모량(mm)	스프링 자유길이 불량율(%)	350℃ 템퍼링 후 표면 색상	염수분무시 붉은 녹 발생시간 (hr)
1	황산염피막	340	0.081	13.5	백색	260
2		최대속도(450)에서도 다이스마크 발생하지 않음	0.009	4.8	백색	280
3		350	0.058	12.8	백색	270
4		300	0.048	17.8	백색	270
5		최대속도(450)에서도 다이스마크 발생하지 않음	0.009	4.4	백색	270
6		350	0.070	16.5	백색	250
7		300	0.050	15.5	백색	280
8		최대속도(450)에서도 다이스마크 발생하지 않음	0.008	4.2	백색	290
9		340	0.051	15.0	백색	270
10		300	0.070	18.0	백색	255
11		300	0.061	12.0	백색	280
12		320	0.058	10.9	백색	290
13		290	0.100	21.2	백색	260
14		350	0.058	19.0	백색	240
15		330	0.061	12.0	백색	280
16		최대속도(450)에서도 다이스마크 발생하지 않음	0.008	4.0	백색	290
17		300	0.071	11.1	백색	280
18		310	0.055	13.8	백색	280
19		최대속도(450)에서도 다이스마크 발생하지 않음	0.010	4.5	백색	280
20		330	0.082	10.5	백색	270
21		330	0.071	10.5	백색	270
종래 피막	닉켈 도금	260	0.145	4.2	백색	290
	수지 피막	290	0.100	30.5	암갈색	260
	수산 피막	360	0.051	10.8	암록색	280
	보렉스 피막	330	0.080	22.8	암회색	220

상기 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 황산염 피막이 형성된 스프링용 스테인레스 강선은 코일링성(자유길이 불량율) 측면에서 닉켈 도금된 강선과 동등한 수준을 보이고 있으며, 다이스의 마모에서 볼 수 있듯이 더 안정된 윤활성을 가지는 것을 알 수 있다. 또한 템퍼링 후에도 표면의 변색이 없고 내식성도 양호하다. 그리고 상기 황산염을 이루는 황산칼륨 및 황산나트륨은 값이 싸고, 피막 형성시 강선을 그 피막제 내에 침적한 후 건조하기만 하면 되므로 닉켈도금과 같은 전기 도금에 비해 제조원가가 절감된다.

(2) 냉간압조용(나사, 볼트, 너트 등의 제조용) 스테인레스 강선

먼저 본 시험예에 사용된 선재는 C 0.009% - Si 0.25% - Mn 0.78% - P 0.02% - S 0.001% - Cr 17.58% - Ni 9.63% - Cu 3.19% - N 0.02%의 성분을 가진 XM-7 스테인레스 선재이며, 단면의 직경은 5.5mm이다.

이와 같은 선재를 도 6에 도시된 바와 같은 공정에 따라 가공하였다.

먼저 상기 선재를 통상의 인발가공용 피막제가 담긴 피막조에 약 10분간 침적시켜 선재 표면에 윤활막을 형성시킨다(s1). 이때 이 피막조에 담긴 피막제 농도는 20%, 온도는 80℃로 설정한다. 이어서 이 선재를 단면감소율 59.5%(5.5mm→3.5mm)로 1차 인발가공한다(s2). 이때 다이스는 초경다이스를 사용하며, 윤활제는 스테아린산 칼슘계 분말 윤활제를 사용한다. 그리고 인발속도는 분당 50∼150m의 범위내에서 조절한다. 이와 같이 1차 인발된 강선 표면을 알카리 세제로 세척하여 표면에 부착된 피막제와 윤활제를 제거한다(s3). 다음으로 세척이 완료된 강선을 소둔로(annealing furnace) 내에서 1,100℃로 2분간 가열한 후 간접 수냉한다. 그리고 표면 산화를 방지하고 광택있는 강선으로 마무리하기 위해 암모니아 분해가스 분위기에서 가열 및 냉각한다(s4). 이후 강선을 오일 윤활유를 사용하여 단면 직경 3.5mm에서 3.22mm으로 2차 인발한다(s5). 그리고 1차 인발때와 마찬가지로 알카리 세척을 실시하여 강선 표면에 부착된 윤활제를 세척하고(s6), 다시 소둔로내에서 소둔한다(s7). 이어서 강선을 인-라인(in-line)식 황산염 피막조에 침적시켜 표면에 황산염 피막을 형성시킨 후(s8), 권취기에서 코일 형태로 권취한다(s9).

그리하여 상기의 공정을 거친 강선은 하기의 표 3와 같은 기계적 성질을 나타내었다.

인장강도	516N/㎥
연신율	43.5%
단면감소율	79.7%
피막부착량	1.75g/㎡

한편 상기와 같은 본 발명의 강선과 비교하기 위한 비교재로서, 상기 s8단계를 거치지 않은 강선 즉, 황산염 피막을 하지 않은 나선(裸線)상의 강선도 함께 제조하였다.

이와 같이 황산염 피막을 한 강선과, 황산염 피막을 하지 않은 나선상의 강선을 각각 200kg씩 준비하여, 아사히 오꾸마제 냉간압조기에서 분당 95개의 가공속도로 시험을 하였다. 가공된 나사는 +자 홈을 가진 트러스 머리 나사로서, 머리의 크기는 직경 9.0mm, 높이 3.0mm로 가공하였다. 그리고 황산염 피막선은 윤활유없이 가공하였고, 나선은 가공시 다이스에 끼여서 작업이 불가능하므로 범우화학제 압조유 F.H.1900W를 윤활유로 사용하였다.

상기와 같은 조건에서 황산염 피막선과 나선을 각각 가공하였을 때 하기의 표 4와 같은 결과가 나타났다.

강선의 종류	펀치 수명	불량율	생산능율
강선의 종류	펀치당 작업수량(개)	불량율	생산능율	평균 작업 수량(개)	증감대비
나선 + 윤활유	5,33012,4309,3208,6508,65010,660	9,173	-	2.5%	65%
황산염 피막선	32,30019,95021,40028,50022,80024,250	24,867	2.71배 증가	0.1%	80%

상기 표 4에 나타난 바와 같이 황산염 피막선의 경우, 나선의 평균 작업 수량인 9,173개 보다 2.71배가 증가된 24,867개의 평균 작업 수량을 보이고 있다. 또한 불량율 및 생산능율 측면에서도, 황산염이 피막된 강선이 나선의 경우보다 개선된 특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 그리고 이 황산염 피막은 공해를 유발하지 않으므로, 관리상의 어려움 없이 쉽게 작업을 수행할 수 있다. 따라서 상술한 스프링 가공의 경우와 마찬가지로 나사 가공 즉, 냉간압조에 있어서도 본 발명에 따른 스테인레스 강선을 사용하는 것이 유리함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 황산염 피막제가 피막된 스테인레스 강선은, 그 표면의 윤활성이 향상되어 공구의 수명을 연장시킬 수 있고, 그로 인해 공구의 잦은 교체를 방지함으로써 생산능률이 향상되며, 또한 전체적인 제품의 불량율이 감소되는 효과를 가진다. 즉, 본 발명에 의한 황산염 피막제와 그 피막제가 피막된 스테인레스 강선 및 그 제조방법을 채용함으로써, 간단한 피막공정에 의해 윤활성 및 작업효율이 향상되는 잇점이 있는 것이다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의하여 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위내에서 더 많은 변형 또는 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

가공시의 윤활성을 향상시키기 위해 그 표면에, K₂SO₄와 Na₂SO₄중 어느 하나 또는 그들의 혼합물 75∼90wt%와, Na₂B₄O₇3∼25wt%,및 비이온계 계면활성제 2∼10wt%를 포함하여 이루어진 황산염 피막이 형성된 것을 특징으로 하는 스테인레스 강선.
K₂SO₄와 Na₂SO₄중 어느 하나 또는 그들의 혼합물 75∼90wt%와, Na₂B₄O₇3∼25wt%,및 비이온계 계면활성제 2∼10wt%를 포함하는 황산염 수용액내에 스테인레스 강선을 침적시킨 후 건조시켜, 상기 스테인레스 강선의 표면에 황산염 피막을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 강선의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 황산염 수용액의 농도 및 온도는 각각 10∼30vol% 및 80∼95℃이고, 상기 스테인레스 강선의 침적시간은 20∼50초이며, 상기 침적된 스테인레스 강선은 100∼150℃에서 건조되는 것을 특징으로 하는 스테인레스 강선의 제조방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 스테인레스 강선 표면에 상기 황산염 피막을 형성시키기 전에, 상기 스테인레스 강선을 적어도 한 번 이상 인발하고 소둔하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 강선의 제조방법.