KR100228173B1

KR100228173B1 - 스프링용 스테인리스 강선

Info

Publication number: KR100228173B1
Application number: KR1019970025909A
Authority: KR
Inventors: 박주환; 유끼오 야마오까
Original assignee: 홍호정; 고려상사주식회사
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1999-11-01
Also published as: KR19990002335A

Abstract

니켈 도금한 스테인레스 강선의 스프링의 코일링성은 그 강선의 표면 조도와 윤활제 부착량을 상호 최적치로 조정하지 않으면 향상되지 않는다. 따라서, 강선 표면의 조도를 0.05∼7.0μm, 윤활제 부착량을 0.05∼4.0g/m²로 조정한다. 이에 따라, 코일링성이 대폭 향상되며, 스프링 코일링시의 불량율이 저감된다.

Description

스프링용 스테인레스 강선{Stainless steel wire for springs}

본 발명은 니켈 도금을 실시한 스프링용 스테인레스 강선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스프링의 성형성(코일링성)을 개량한 것에 관한 것이다.

종래, 스프링용 스테인레스 강선은 인발 가공 전에 니켈 도금이 실시되고, 그것을 인발 가공하여 마무리하였다. 이에 따라, 니켈 도금되지 않은 것과 비교하면 스프링의 성형성(코일링성)을 개량할 수 있었다(예컨데, 일본 특공소 44-14572호 공보 참조).

그리고, 그것들을 더욱 개량하기 위해 니켈 도금이 실시된 표면에 화학코팅 피막(할로겐 원소를 포함하는 합성수지, 석회, 수산염 등)을 형성시킨 후, 인발 가공하여 표면 조도를 0.8S(0.6∼0.9μm)∼12S(9∼15μm)로 조정하는 방법이 개발되고 있다(예컨데, 일본 특개소 60-257917호 공보, 특개평 6-226330호 공보 참조).

종래로부터의 기술을 포함하여 스프링용 스텐레스 강선의 제조공정에 있어서는, 니켈 도금, 코팅 피막의 유무에 관계없이, 강선은 다이스를 사용하여 인발 가공되는데, 그 때, 반드시 스테아린산 칼슘 또는 스테아린산 나트륨계의 분말윤활제가 이용되고, 이 분말은 강선과 함께 인입되어, 가공열, 마찰열에 의해 연화되고, 다이스 내의 고압에 의해 강선표면으로 침투되어 들어간다.

따라서, 최종 제품인 강선은 그 제조 조건에 좌우되고, 표면조도가 변화되며, 윤활제 부착량도 동시에 크게 변동된다.

그러나, 종래의 경우에 있어서는 윤활제 부착량과 표면조도와 코일링 가공성과의 관계에 대해서는 규명되지 않았었다.

본 발명자 들은 현상의 문제점을 해석한 결과, 스프링의 코일링성은 그 강선의 표면조도와 윤활제 부착량이 서로 크게 관계되어 있는 것을 발견하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 스테인레스 표면의 조도와 윤활제 부착량을 적정화함으로써, 코일링성이 대폭 향상된 스프링용 스테인레스 강선을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 니켈 도금 전의 중간선을 소정의 용액으로 침지하고, 그 표면 조도를 침지 시간의 장단에 따라 변화시키며, 그 후 일정 조건으로 도금 두께가 1.0μm가 되도록 니켈 도금을 실시하고, 그 위에 소정의 피막 코팅을 실시하고 나서 인발 가공함으로써, 최종 강선의 표면 조도, 윤활제 부착량을 변화시킨 직경 0.6mmψ의 스테인레스 강선을 이용한 압축 스프링의 코일링 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 강선표면의 조도를 0.05∼7.0μm, 윤활제 부착량을 0.05∼4.0g/m²으로 조정하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 니켈 도금 전의 중간선을 NHO₃20%, HF 5%, 나머지 H₂O로 이루어진 용액에 침지하여, 그 표면조도를 침지 시간의 장단에 따라 변화시킨 후, 일정 조건으로 도금 두께가 1.0μm가 되도록 니켈 도금을 실시하고 나서 K₂SO₄, Na₂SO₄, Na₂B₄O₇로 이루어진 혼합 무기 피막 코팅을 실시하고, 계속해서 인발 가공을 실시함으로써, 최종 강선의 표면 조도, 윤활제 부착량을 변화시킨 지름 0.6mmψ의 스테인레스 강선을 이용하여 실시한 압축 스프링의 코일링 테스트 결과를 나타낸 것이다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 스프링 자유장의 합격률 90% 이상을 코일링 양부의 판정기준으로 하면,

표면조도 0.05∼7.0μm

윤활제 부착량 0.05∼4.0g/m²

의 범위에서 코일링성이 뛰어난 것이 입증되고 있다.

이와 같이, 스프링의 코일링성은 표면조도와 윤활제 부착량을 서로 최적치로 조정하지 않으면 향상되지 않는다고 하는 새로운 사실을 알게 되었다.

또한, 여기서는 중간선의 표면조도를 산 에칭법이라고 하는 화학적 방법에 의해 변화시켰지만, 이 방법만으로 한정되는 것은 아니며, 샷 블래스트나 페이퍼 연마 등 기계적 수법을 이용하여 선재의 표면조도를 변화시켜도 무방하다.

이하, 본 발명의 일실시예를 상술한다.

Fe-0.06%C-18.12%Cr-8.40%Ni-1.10%Mn의 성분을 갖는 직경 5.5mm의 SUS304 스테인레스 강선재를 인발과 고용화 소둔을 반복하여 직경 0.6mm과 2.5mm의 중간선을 제작하였다. 양중간선을 HNO₃20%, HF 5%, 나머지 H₂O로 이루어지는 용액에 침지하는 시간을 바꾸어 에칭을 실시하고, 양 선재의 표면조도를 변화시켰다. 그리고, 조도가 변화된 양 중간선에 하기의 일정조건으로 2.8μm 두께의 니켈 도금을 실시하였다.

설파민산 니켈 800g/l

탄산 니켈 28g/l

붕산 25g/l

취화 니켈 5.8g/l

전류 밀도 10A/dm²

pH 3.8

액온도 26℃

이어서, 상기 니켈 도금을 실시한 양 중간선을 하기에 나타내는 혼합물인 15%수용액에 침지하여 코팅 피막을 부착시킨 후, 건조시켜 인발용 윤활피막을 형성하였다.

혼합물

K₂SO₄와 Na₂SO₄의 동량 혼합물 85%

Na₂B₄O₇10%

계면활성제 5%

이 최종 코팅 처리된 양 중간선을 스테아린산 칼슘계 윤활제를 이용하여 직경 0.6mm인 것은 직경 0.2mm로, 직경 2.5mm인 것은 1.0mm인 스프링용 스테인레스 강선으로 완성하였다.

따라서, 이 스프링용 스테인레스 강선은 중간선의 조도만 변화되고 있을 뿐, 니켈 도금, 피막코팅, 인발의 방법은 일정하기 때문에, 최종강선의 조도는 중간선의 조도에 따라 변함과 동시에 윤활제 부착량도 다양한 값을 나타낸다.

스프링 선의 윤활제 부착량의 측정은 제1단계로 아세톤액 중에서 초음파 진동을 가하면서 3시간 탈지 처리한 후, 노말핵산 중에 20시간 침지한 후, 건조시켜 중량 변화를 즉정하고, g/m²단위로 표시하였다.

표면조도는 조도계를 이용하여 측정하고, 평균조도(단위:μm)로 표시하였다.

압축 코일 스프링은 직경별로 하기 형상의 스프링을 자동 코일링 머신을 이용하여 1500개 성형하고, 스프링 성형 중에 자유장을 자동 계측하며, 자유장의 관리폭을 직경 0.2mm인 스프링은 ±0.05mm, 1.0mm인 스프링은 ±0.10mm로 설정하고, 이 한계를 벗어나는 스프링의 개수를 카운트하여 이 값으로부터 자유장의 합격률(%)을 산출하여, 코일링성의 양부를 판정하였다. 그리고, 합격의 기준으로서 「합격율 90% 이상」으로 정하였다.

직경1.0mm인 경우 직경0.2mm인 경우

자유장(mm) 38.0 12.0

코일평균경(mm) 17.0 3.5

유효권수 10.5 10.0

스프링지수 17 17.5

자유장관리폭(mm) ±0.10 ±0.05

코일링스피드(개/분) 15 25

표 1, 표 2에 코일링성의 양부를 나타낸다. 또한, 표 1은 직경 1.0mmψ인 강선의 코일링성의 결과를, 표 2는 직경 0.2mmψ인 강선의 코일링성의 결과를 나타낸다.

표 1, 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 어떠한 직경의 경우도,

표면조도 0.05∼7.0μm

윤활제 부착량 0.05∼4.0g/m²

를 만족시키는 강선만이 코일 스프링의 자유장 합격률 90% 이상을 나타내고 있다.

그리고, 표면조도 또는 윤활제 부착량의 어느 한쪽이라도 이 적정치를 벗어나면 합격률이 저하되는 것을 알 수 있다.

니켈도금두께(μm)	인발강도(N/mm²)	표면 조도(μm)	윤활제부착량(g/m²)	자유장합격율(%)	비고
1.011.000.980.971.001.051.001.000.970.950.981.001.000.981.001.00	1890187018901900189019501910198018901880188018901900195019101950	0.030.050.100.502.005.007.009.000.030.047.509.0010.000.030.048.00	0.020.040.044.305.500.034.602.000.040.050.200.402.006.804.300.60	53778683715767886585878786627986	비교재료
1.001.000.970.981.000.960.980.981.001.00	1900189019501800190019301890192019401910	0.050.070.150.501.003.005.007.000.080.20	0.050.300.602.004.000.200.400.050.200.70	90939896929896919798	본 발명

니켈도금두께(μm)	인발강도(N/mm²)	표면 조도(μm)	윤활제부착량(g/m²)	자유장합격율(%)	비고
0.800.810.880.860.850.830.840.830.850.850.880.890.84	2200221022502250224022502180219021802190220022002250	0.020.050.100.402.005.007.0010.000.020.048.009.008.00	0.020.044.305.506.800.044.301.000.050.204.302.000.05	44778276687767737283678687	비교재료
0.810.880.850.820.830.850.850.850.85	221022002195219021902180220022502190	0.050.100.502.005.007.000.103.007.00	0.050.400.602.004.000.051.004.004.00	909698959191989190	본 발명

본 발명과 같이, 니켈 도금한 스프링용 스테인레스 강선의 표면 조도와 윤활제 부착량을 적정화함으로써, 코일링성이 대폭 향상되고, 스프링 코일링시의 불량율의 저감에 큰 효과를 발휘한다.

Claims

강선표면의 조도를 0.05∼7.0μm, 윤활제 부착량을 0.05∼4.0g/m²로 조정한 것을 특징으로 하는 니켈 도금을 실시한 스프링용 스테인레스 강선.