KR100792278B1 - 인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선 및 이를 이용한직결 나사 - Google Patents
인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선 및 이를 이용한직결 나사 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선 및 이를 이용한 직결 나사에 관한 것으로서, 특히 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막을 형성하고, 그 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막의 량을 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 로 함으로써 냉간 가공성을 현저히 향상시키고 체결력을 향상시키며 외관을 개선하여 압조후 후 처리가 필요 없도록 한 것이다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선의 부분 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 관한 인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선을 이용한 직결 나사를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3f는 인산염이 피막된 냉간 압조용 스테인리스 강선이 헤딩 공정에 의해 나사로 제조되는 공정을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3a 내지 도 3f에 나타난 공정에서 스테인리스 강선과 공구의 경계 근방에 위치한 스테인리스 강선의 재료의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3a 내지 도 3f에 나타난 공정에 의해 완성된 나사를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 헤드부가 완성된 나사가 포인팅 공정에 의해 직결 나사로 제조되는 공정을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6a 내지 도 6c에 나타난 공정에서 헤드부 및 날개가 형성된 나사로서, 이바리가 부착된 상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 이바리가 제거된 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 6a 내지 도 6c에 나타난 공정 및 나사 가공 뒤에 배럴 연마한 직결 나사를 나타내는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 인산염 피막과 본데루베 피막이 형성된 스테인리스 강선
11: 스테인리스 강선 12: 인산염 피막
13a: 스테아린산 아연층 13b: 스테아린산 소다층
20: 직결 나사 21: 나사부
22, 37: 헤드부 23, 39, 44: 나사
24, 43: 날개 26, 37a: +자 홈
35: 1차 공구 36: 2차 공구
36a: +자 돌기 38: 녹 아웃 핀
40: 이송 레일 41: 회전판
42: 포인팅 다이 45: 이바리
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본 발명은 냉간 압조용 스테인리스 강선 및 이를 이용한 직결 나사에 관한 것으로서, 특히, 인산염이 피막된 냉간 압조용 스테인리스 강선 및 이를 이용한 직결 나사에 관한 것이다.
일반적으로 냉간 압조용 스테인리스 강선은 작은 나사, 나무 나사, 태핑 나사, 볼트 등과 같이 냉간 압조 공정을 거쳐 특정 형태를 갖는 제품을 제조하는 데에 사용되는 스테인리스 강선을 말한다.
이러한 냉간 압조용 스테인리스 강선은 작은 나사와 같이 특정 형태를 갖는 제품으로 제조되는 데에 사용되므로 냉간 가공성이 뛰어나야 한다. 또한 냉간 압조용 스테인리스 강선은 고속 압조기(header)에 의한 가혹한 압조(heading) 공정을 거쳐야 하므로 압조 공정 중에 변형되는 부위에 균열이 발생하지 않아야 하며 압조기와의 윤활성이 좋아야 한다.
특히, 철판 등을 뚫을 수 있게 끝 부분에 날카로운 날개가 형성된 직결 나사를 제조하는 데에 사용되는 냉간 압조용 스테인리스 강선은 냉간 가공성, 내균열성, 성형 공구와의 윤활성 등이 더욱 필요하게 된다. 왜냐하면 직결 나사로 제조되 는 냉간 압조용 스테인리스 강선은 압조 공정보다 더 가혹한 조건을 갖는 포인팅(pointing) 공정을 거쳐야 하기 때문이다.
직결 나사는 드릴로 홈을 형성한 뒤에 그 홈에 나사를 결합하는 종래의 나사에 비해 홈을 형성할 필요 없이 대상물에 직접 결합된다. 따라서 직결 나사는 시공이 간편하고 결합력이 우수해서 H 빔 등에 패널을 부착시킨 구조를 포함하는 공장, 스틸 하우스, 경기장과 같은 대형 철 구조물을 지을 때 널리 사용된다.
종래에는 이러한 점을 고려하여 냉간 압조용 스테인리스 강선에 복합무기염 피막, 동도금 피막, 수산염 피막(oxalate coating) 등을 한 상태에서 냉간 압조 공정을 실시하였다.
복합 무기염 피막 스테인리스 강선은, 예컨대 한국등록특허공보 제210824호에 개시된 바와 같이, 황산염과 계면활성제 등을 혼합한 수용성 피막제를 물리적으로 부착시킨 스테인리스 강선이다. 복합 무기염 피막은 현재 수지 피막을 대체하는 피막으로서 널리 보급되어 사용되고 있다. 복합 무기염 피막은 스테인리스 강선 표면과의 밀착성이 좋고, 건식 윤활제를 다이스 안으로 잘 유입되게 하여 다이스 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 복합 무기염 피막은 내소부성(耐燒付性)이 우수하여 고속 신선이 가능하며, 수용성이라서 알카리액으로 탈지가 가능하다. 다만, 복합 무기염이 피막된 스테인리스 강선은 그 표면이 거칠고 윤활성이 부족하여 극심한 가공을 요구하는 냉간 압조 가공에는 적합하지 못한 문제점이 있다.
동도금 스테인리스 강선은 압조기와의 윤활성은 양호하나, 도금 공정에서 공해를 유발하고, 냉간 압조 후 잔류하는 동도금을 제거해야 하는 문제점이 있었다.
수산염 피막 스테인리스 강선은 압조 가공에 견딜 수 있고 윤활제를 다이스 내로 잘 유입시켜 다이스의 마모를 줄일 수 있다. 그러나 수산염 피막 작업 시에 인체에 유해한 흄이 다량 발생하고, 6가 크롬 등 중금속이 발생되는 심각한 문제점이 있다.
한편, 국제공개공보 WO 98/09006에는 스테인리스 강판에 인산염 피막을 형성하는 방법에 대하여 기재하고, 인산염 피막이 형성된 스테인리스 강판을 디프 드로잉(deep drawing) 가공하였을 경우에 대하여 기재하고 있다. 그러나 이 공보에는 단지 스테인리스 강판에 인산염 피막을 형성하는 방법 및 이러한 스테인리스 강판을 디프 드로잉 가공하였을 경우에 대해서만 기재하고 있을 뿐이고, 인산염 피막이 형성된 스테인리스 강선 및 이러한 스테인리스 강선을 냉간 압조 가공하는 것에 대하여는 전혀 개시하고 있지 않다.
본 발명은 우수한 냉간 압조 가공성을 갖는 인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 포인팅과 같은 가혹한 냉간 압조 가공에 견딜 수 있는 인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 체결력이 우수하고 체결시간이 짧고 외관이 미려하며 제조 과정에서 공해 물질을 발생시키지 않는, 인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선으로 제조된 직결나사를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 냉간 압조용 스테인리스 강선으로서, 상기 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막이 형성되어 있고, 상기 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막의 량은 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 인 냉간 압조용 스테인리스 강선을 개시한다.
본 발명의 다른 측면은 냉간 압조용 스테인리스 강선으로서, 상기 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막이 형성되어 있고, 상기 인산염 피막 위에는 스테아린산 아연층이 더 형성되어 있으며, 상기 스테아린산 아연층 위에는 스테아린산 소다층이 더 형성되어 있고, 상기 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막과 상기 스테아린산 아연층 및 상기 스테아린산 소다층의 전체량은 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 인 냉간 압조용 스테인리스 강선을 개시한다.
본 발명의 다른 측면은 냉간 압조용 스테인리스 강선으로서, 상기 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막이 형성되어 있고, 상기 인산염 피막 위에는 스테아린산 아연층이 더 형성되어 있으며, 상기 스테아린산 아연층 위에는 스테아린산 소다층이 더 형성되어 있고, 상기 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막과 상기 스테아린산 아연층 및 상기 스테아린산 소다층의 전체량은 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 인 냉간 압조용 스테인리스 강선을 개시한다.
본 발명의 또 다른 측면은 외주면에 나사가 형성되어 있으며 일단에 날개가 형성되어 있는 나사부와 상기 날개가 형성된 쪽과 반대쪽에 있는 상기 나사부의 타단에 형성된 헤드부를 구비하는 직결 나사로서, 상기 나사부는 스테인리스 강선; 및 상기 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막을 포함하고, 상기 나사부의 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막의 량은 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 인 직결 나사를 개시한다. 상기 나사부의 인산염 피막 위에는 스테아린산 아연층이 더 형성될 수 있고, 상기 스테아린산 아연층 위에는 스테아린산 소다층이 더 형성될 수 있다. 상기 헤드부는 스테인리스 강선; 및 상기 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막을 포함할 수 있다. 상기 헤드부의 인산염 피막 위에는 스테아린산 아연층이 더 형성될 수 있고, 상기 스테아린산 아연층 위에는 스테아린산 소다층이 더 형성될 수 있다.
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본 발명의 일 실시예로서 인산염 피막이 형성된 냉간 압조용 스테인리스 강선을 설명한다.
화학 성분이 중량%로, C 0.15% 이하, Si 1.0% 이하, Mn 1.0% 이하, Cr 11.50-13.50%, P 0.040% 이하 및 S 0.030% 이하를 포함하는 스테인리스 강선으로, 광휘 소둔(燒鈍)된 중간선을 준비한다. 이 스테인리스 강선의 인장 강도는 550 N/mm2 이하인 것이 바람직하다.
준비된 스테인리스 강선을 황산 용액을 전해액으로 하여 전해 산세함으로써 표면 스케일을 완전히 제거한다. 그 다음 이 스테인리스 강선을 음극으로 하여 인산 용액을 전해액으로 하는 피막조에 통과시키면서 인산염 피막을 형성시킨다. 피막조의 전해액은 Ca+2 0.5-100 g/l, Zn+2 0.5-100 g/l, PO4 -3 5-100 g/l, NO3 -1 0-100 g/l, ClO-3 0-100 g/l, F- 또는 Cl- 0-59 g/l를 포함한다. 전해액의 온도는 0-95℃, PH는 0.5-5.0, 전류 밀도는 0.1-250 mA/cm2로 한다.
일반적으로 스테인리스 강선의 표면에는 부동태 피막이 형성되어 있어서 그 표면에 인산염 피막을 형성하는 것은 불가능하거나 매우 어렵다. 부동태 피막이 형성된 스테인리스 강선 표면은 탄소강선에 일반적으로 사용되는 인산 아연 계통의 피막으로는 침식될 수 없기 때문에 이러한 부동태 피막이 형성된 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막을 형성할 수는 없다. 또한 스테인리스 강선 표면에 형성된 부동태 피막이 침식된다고 하더라도, 부동태 피막이 침식된 스테인리스 강선 표면 이 공기에 노출되기만 하면 그 표면에 순간적으로 부동태 피막이 다시 형성되기 때문에, 부동태 피막이 침식된 스테인리스 강선 표면에 인산염 피막을 형성하기도 아주 어렵다. 그러나 위와 같은 방법에 의하면 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막을 용이하게 형성할 수 있게 된다.
이와 같이 표면에 인산염 피막이 형성된 스테인리스 강선은 표면에 수산염 피막이 형성된 것에 비해 냉간 가공성이 현저히 향상되고 내소부성이 높게 된다. 또한 표면에 인산염 피막이 형성된 스테인리스 강선은 윤활제 보유성이 높고 우수한 윤활 성능을 갖게 되며 암흑색의 외관을 개선한 미려한 외관을 가진다. 또한 표면에 인산염 피막이 형성된 스테인리스 강선은 표면에 수산염 피막이 형성된 것으로부터 발생되는 공해 문제나, 압조 후 후처리로 인해 발생되는 공해 문제를 방지할 수 있어서 친환경적이다.
스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막을 형성할 때에 인산염 피막량이 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 이 되도록 조절한다.
이와 같이 표면에 인산염 피막이 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 형성된 스테인리스 강선은 내식성을 갖고 있고 압조 공정에서 파손되지 않으며 +자 홈 성형 펀치와 같은 성형 장치의 마모를 대폭 감소시킬 수 있다. 이러한 스테인리스 강선은 여러 단계를 거쳐 성형된(forming) 기계 부품을 제조하거나, 날카로운 날개 형성하는 것과 같은 매우 가혹한 조건의 포인팅(pointing) 공정을 거쳐 완성되는 직결 나사를 제조하는 데에도 사용될 수 있다.
위와 같이 표면에 인산염 피막이 형성된 스테인리스 강선을 수세 및 건조시킨 후에 스테아린산 소다, 보락스 등을 포함한 본데루베 용액을 피막액으로 하는 피막조에 침적하여 본데루베 피막을 형성시킬 수 있다. 본데루베 용액은 스테아린산 소다(sodium stearate)을 주성분으로 하고 이에 소량의 첨가제가 포함되어 있는 용액을 말한다. 이 때에 본데루베 피막조의 온도는 60-80℃, 침적 시간은 1-2분, 농도는 3.5-4.5 point, 유리 알카리도는 0-0.5 사이로 조절한다. 본데루베 피막을 형성할 때에는 인산염 피막과 본데루베 피막을 포함하여 피막 부착량 전체가 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 이 되도록 조절할 수 있다.
표면에 인산염 피막이 형성된 스테인리스 강선을 본데루베 용액을 피막액으로 하는 피막조에 담그면, 인산염 피막과 본데루베 용액의 성분 중 스테아린산 소다가 반응함으로써 인산염 피막층 위에 금속 비누층인 스테아린산 아연층이 형성된다. 이 스테아린산 아연층 위에는 스테아린산 소다층이 형성된다.
도 1은 표면에 인산염 피막과 본데루베 피막이 형성된 스테인리스 강선의 단면의 일부를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 인산염 피막과 본데루베 피막이 형성된 스테인리스 강선(10)은, 스테인리스 강선(11)의 표면에 인산염 피막(12)이 덮여 있고 그 위에 스테아린산 아연층(13a)이 있으며 최상부에 스테아린산 소다층(13b)이 존재하는 구조로 되어 있다. 즉, 도 1에 나타난 스테인리스 강선(11)은 인산염 피막(12) 이외에 스테아린산 아연층(13a) 및 스테아린산 소다층(13b)을 포함하는 3층의 피막을 갖는다. 여기서 스테아린산 아연층(13a)과 스테아린산 소다 층(13b)은 전술한 바와 같이 본데루베 용액을 피막액으로 하는 피막조에 인산염 피막(12)이 형성된 스테인리스 강선(11)을 침적하여 형성되는 본데루베 피막(13)을 구성하게 된다. 이러한 본데루베 피막(13)은 균일한 두께를 가지며 스테인리스 강선(11)의 외관이 은회색을 띠게 만든다. 또한 본데루베 피막(13)은 그 자체가 윤활성을 갖고 있어서 스테인리스 강선(11)의 가공성을 향상시킴은 물론 스테인리스 강선(11)의 표면에 윤활제가 용이하게 부착되도록 함으로써 스테인리스 강선(11)의 가공시 전단 저항을 감소시킬 수 있게 한다.
인산염 피막과 본데루베 피막이 형성된 스테인리스 강선(11)을 한 개 이상의 다이스에 통과시켜 단면적을 기준으로 5-15% 감면율로 스킨 패스 신선을 한다. 이와 같이 신선됨으로써 스테인리스 강선(11)은 소정의 치수와 강도를 갖는 스테인리스 강선으로 완성된다. 이러한 신선 과정에서 다이스에 분말 윤활제를 공급함으로써 스테인리스 강선의 표면에 윤활제가 균일하게 부착되도록 할 수 있다. 이와 같이 부착된 윤활제는 스테인리스 강선의 냉간 압조 공정시에 보조 윤활제의 역할을 함으로써 냉간 압조 공구와 강선 사이에 마찰을 적게 하여 공구의 수명을 연장시킬 수 있다.
위와 같이 완성된 스테인리스 강선은 작은 나사, 나무 나사, 태핑 나사, 볼트 등과 같이 냉간 압조 공정을 거쳐 완성되는 특정 형태를 갖는 기계 요소 제품을 제조하는 데에 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예로서 인산염 피막과 본데루베 피막이 형성된 스테인리스 강선을 구비하는 직결 나사를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 직결 나사(20)는 나사부(21)와 헤드부(22)를 포함한다. 나사부(21)는 원통형의 형상을 가지며, 원주 방향을 따라 경사진 산과 골이 형성되어 있는 나사(23)를 구비한다. 나사부(21)의 일 끝부분에는 나사(23)의 산과 골보다 더 경사지게 산과 골이 형성되어 이루어진 날개(24)가 형성되어 있다. 날개(24)의 끝 부분(25)은 뾰족한 형상을 가진다. 나사(23)는 직결 나사(20)를 대상물과 체결시키는 역할을 하고, 날개(24)는 대상물을 뚫고 들어가는 역할을 한다. 이러한 날개(24)는 후술하는 포인팅 공정에 의해 형성된다.
헤드부(22)는 나사부(21)의 타 끝부분에 일체로 형성되어 있으며 -자 또는 +자 홈(26)이 형성되어 있다. 이러한 헤드부(22)는 나사부(21)의 직경보다 더 큰 직경을 가지며 후술하는 냉간 압조 공정에 의해 형성된다.
본 실시예에 관한 직결 나사에 있어서는 헤드부(22)와 나사부(21)가 표면에 인산염 피막이 형성된 스테인리스 강선을 포함하고 있다. 인산염 피막량은 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 이 되도록 조절될 수 있다. 나아가 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막 위에는 본데루베 피막이 더 형성되어 있을 수 있다. 이 경우에는 인산염 피막과 본데루베 피막을 포함하여 피막 부착량 전체가 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 이 되도록 조절될 수 있다.
본 실시예에 관한 직결 나사(20)는 인산염 피막이 형성되거나 인산염 피막과 본데루베 피막이 형성된 스테인리스 강선으로 이루어져 있으므로 표면이 은백색으 로 미려하고 깨끗함은 물론 인산염 피막의 스테인리스 강선에 대한 밀착성이 우수하여 압조 공정에 따른 분진 발생 염려가 전혀 없다.
본 실시예에 관한 직결 나사(20)는 또한 인산염 피막이 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 형성되어 있거나 인산염 피막과 본데루베 피막이 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 형성되어 있어서 포인팅 가공성이 양호하여 날개가 예리하고, 전조 가공성도 양호하며, 이바리 제거가 용이하고 윤활 성능이 우수하다. 이러한 직결 나사(20)는 다이스나 펀치 등 공구의 수명을 종래에 비해 더욱 연장시킬 수 있다. 또한 이러한 직결 나사(20)는 비틀림 토오크 시험 결과가 우수하였으며 종래의 직결 나사에 비하여 훨씬 빠른 체결 시간을 나타낸다. 예컨대, 본 실시예에 관한 직결 나사(20)가 2.0-13.0mm 강판을 뚫고 들어가는데 걸리는 시간이 규정된 제한 시간보다 훨씬 적게 걸렸다. 또한 이러한 직결 나사(20)는 압조 공정이나 포인팅 공정에서 수산염 피막과 같이 공해를 유발할 문제가 없어서 친 환경적인 피막이 될 수 있음을 보여 준다.
도 3a 내지 도 3f는 인산염이 피막된 냉간 압조용 스테인리스 강선이 헤딩 공정에 의해 나사로 제조되는 공정을 나타내는 도면이다. 도 3a를 참조하면, 전술한 바와 같이 인산염 피막이 형성된 스테인리스 강선(30)을 로라(46)에 의해 이송하여 절단 다이스(32)를 통과시키면서 절단 나이프(33)를 사용하여 정해진 길이로 절단한다. 도 3b에 나타나 있는 바와 같이 정해진 길이로 절단된 스테인리스 강선(30)을 헤드부 성형 다이스(34) 입구까지 보낸다.
도 3c에 나타나 있는 바와 같이 나사의 헤드부에 대응되는 홈을 갖는 펀치와 같은 1차 공구(35)로 예비적으로 나사 헤드부(37)를 성형한다. 그 다음 도 3d 및 도 3e에 나타나 있는 바와 같이 +자 돌기(36a)와 같은 소정의 돌기를 갖는 펀치와 같은 2차 공구(36)로 가압함으로써 헤드부(37)에 +자 돌기(36a)에 대응되는 +자 홈(37a)을 형성한다. 이러한 나사의 헤드부(37)에 +자 홈(37a)을 형성하는 단계에 있어서, 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 스테인리스 강선(30)과 2차 공구(36)의 +자 돌기(36a)의 경계 근방에 위치한 스테인리스 강선(30)의 재료의 흐름이 일어난다. 이러한 스테인리스 강선(30)의 재료의 흐름은 도 4에서 화살표로 표시되어 있다. 또한 이러한 나사의 헤드부(37)에 +자 홈(37a)을 형성하는 단계에 있어서, 스테인리스 강선(30)과 2차 공구(36)의 경계에서 격렬한 마찰이 일어난다. 그 결과 2차 공구(36)의 +자 돌기(36a)의 끝부분(G)이 현저하게 마모되거나 파손될 수 있으나, 2차 공구(36)의 +자 돌기(36a)와 접하는 부분을 포함하여 스테인리스 강선(30)의 표면에는 인산염 피막(31)이 형성되어 있어서 이러한 +자 돌기(36a)의 끝부분(G)이나+자 돌기(36a) 자체의 마모나 파손을 방지할 수 있다. 이러한 인산염 피막(31) 위에 스테아린산 아연층이나 스테아린산 소다층을 포함하는 본데루베 피막(미도시)이 더 형성되어 있을 수 있다. 이 경우에는 +자 돌기(36a)의 끝부분(G)이나 +자 돌기(36a) 자체를 포함하여 2차 공구(36)의 마모나 파손을 더욱 현저하게 방지할 수 있다. 도 3f에 나타나 있는 바와 같이 녹 아웃 핀(Knock out pin)(38)으로 헤드부(37)가 완성된 나사(39)를 배출시킨다.
도 5는 이와 같이 배출된, 헤드부(37)가 완성된 나사(39)를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 헤드부(37)가 완성된 나사(39)가 포인팅 공정에 의해 직 결 나사로제조되는 공정을 나타내는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 헤드부(37)가 완성된 나사(39)가 이송 레일(40)에 의해 회전판(41)으로 이송된다. 회전판(41)으로 이송된 나사(39)는, 도 6b에 나타나 있는 바와 같이, 회전판(41)에 고정된 상태에서 회전하여 한쌍의 포인팅 다이(pointing die)(42) 사이에 대응되는 위치로 이동하게 된다. 이와 같이 이동된 나사(39)는, 도 6c에 나타나 있는 바와 같이, 한 쌍의 포인팅 다이(42)의 작동에 의해 날개(43)가 형성된다.
도 7은 이와 같이 헤드부(37) 및 날개(43)가 형성된 나사(44)로서 이바리(45)가 부착된 상태를 나타내며, 도 8은 헤드부(37) 및 날개(43)가 형성된 나사(44)로서 이바리(45)가 제거된 상태를 나타낸다.
이바리가 제거된 후에는 나사 가공을한 뒤, 배럴(Barrel) 연마한다. 이러한 배럴 연마를 거친 직결 나사의 표면에는 본데루베 피막이나 인산염 피막이 제거되어 그 표면에 존재하는 피막의 량은 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 이 되지 않을 수 있다. 도 9는 나사 가공까지 한 뒤에 배럴 연마한 직결 나사를 나타낸다.
(시험예)
본 발명의 시험예를 설명한다. 먼저 중량%로 C 0.100%, Si 0.110%, Mn 0.390%, Cr 11.690% 의 화학 성분을 가진 410 스테인리스 강선으로, 광휘 소둔된 중간선 3.46mm를 준비한다. 이것을 황산 전해액으로 전해 산세하여 표면의 스케일 및 오물을 완전히 제거한 후 스테인리스 강선을 음극으로 하여 아래 표 1의 인산 전해액에 침적하여 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막을 형성한다. 인산염 피막 형성 후 윤활성을 증대시키기 위하여 스테아린산 나트륨과 보락스 등으로 구성된 본데루베 피막조에 침적 후 건조시켜 인산염 피막 위에 본데루베 피막을 형성한다. 동일한 중간선을 사용하여 예컨대, 동일 전해액 및 동일 선속으로 전류 밀도를 변경하고, 인산염 피막의 부착량을 조정함으로써 아래 표 2의 실시예 1-7, 비교예 1-4의 시제품을 제조하고, 수산염 피막의 부착량을 조정함으로써 비교예 5의 시제품을 제조한다.
(표 1)
(표 2)
표 2는 실시예 1-7과 비교예 1-5와 같이 피막된 3.46mm 중간선을 단부 신선기에서 3.37mm로 인발하여 최종선으로 마무리 한 후, 분당 200개의 속도로 헤딩 및 포인팅 작업을 한꺼번에 성형할 수 있는 양타기에서 시험한 결과를 나타낸 표이다.
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 헤딩 펀치의 수명이 실시예 1-7은 모두 52,000-56,000개로 비교예 5인 수산염 피막선과 동등하거나 그 이상의 수명을 나타내었다. 그러나 비교예 1-4는 비교예 5보다 펀치 수명이 작게 되는 결과를 나타내었다.
포인팅 다이의 수명도 실시예 1-7은 모두 185,000-230,000개로 비교예 5인 수산염 피막선 이상의 수명을 나타내었으나, 비교예 1-4는 비교예 5보다 포인팅 다이 수명이 미달되었다.
인산염 피막과 본데루베 피막을 포함해서 피막 부착량 전체가 4.0g/m2 미만인 경우에는 헤딩 및 포인팅 윤활성이 부족하여 펀치 또는 포인팅 다이의 수명이 줄어들게 되고, 인산염 피막과 본데루베 피막을 포함해서 피막 부착량 전체가 14.0g/m2을 초과한 경우에는 펀치와 포인팅 다이의 금형 부위에 피막이 눌러 붙어서 헤딩 또는 포인팅의 윤활을 저해함으로써 펀치 또는 포인팅 다이의 수명을 줄어들게 한다. 또한 인산염 피막과 본데루베 피막을 포함해서 피막 부착량 전체가 14.0g/m2을 초과한 때에는 인산염 피막 부착량을 높이기 위해 전류 밀도를 높여야 하는데 이는 전류량 증가로 인한 제조비 상승을 초래하게 된다. 더욱이 인산염 피막과 본데루베 피막을 포함해서 피막 부착량 전체가 14.0g/m2을 초과하는 경우에는 성형기 공급 로라에서 마찰에 의해 인산염 피막과 관련된 분진이 발생하여 작업 환 경을 오염시킬 수 있다. 따라서 이러한 점을 고려할 경우에는 인산염 피막과 본데루베 피막을 포함해서 피막 부착량 전체는 4.0-14.0g/m2 범위가 적합하다.
각 시료로 만든 직결 나사 중에서 30개씩 샘플을 채취하여 하중 13.5kgf로 두께 2.30mm 강판에 체결 시험을 하였을 때에 체결 시간을 측정한 결과를 표 2에 나타내었다. 만일 체결 시간이 4.51초를 초과하면 그 직결 나사는 포인팅 가공이 부적합하여 사용될 수 없음을 나타낸다. 표 2에 나타나 있는 바와 같이 실시예 1-7의 체결 시간은 비교예 5인 수산염 피막선과 마찬가지로 2.74-2.80초 범위 내에 속하는 우수한 성능을 나타내었다. 그러나 비교예 1-4의 체결 시간은 체결 제한 시간인 4.51초를 초과하거나 실시예 1-7의 체결 시간보다 1초 이상 더 초과하는 것으로 나타났다. 이것은 인산염 피막과 본데루베 피막을 포함해서 피막 부착량 전체가 4.0-14.0g/m2 범위인 경우에는 피막의 윤활 성능이 우수하여 포인팅 가공에 의한 직결 나사의 날개가 예리하게 성형되어 있음을 나타내 주고 있다.
따라서 인산염 피막과 본데루베 피막을 포함해서 피막 부착량 전체가 4.0-14.0g/m2 범위인 냉간 압조용 스테인리스 강선은 수산염 피막이 형성된 스테인리스 강선과 동일하거나 그 이상의 헤딩 특성, 포인팅 특성을 나타내고 있고, 이러한 스테인리스 강선을 사용하여 제조된 직결 나사도 수산염 피막이 형성된 스테인리스 강선으로 제조된 직결 나사와 동일하거나 그 이상의 비틀림 토오크 특성, 체결 시간 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한 인산염 피막 스테인리스 강선의 경우에는 피막 공정에서 스러지 발생량 이 미량이고, 수산염 피막 공정에서와 같은 인체에 유해한 흄이 전혀 발생하지 않아 친 환경적이다.
뿐만 아니라, 인산염 피막과 본데루베 피막을 포함해서 피막 부착량 전체가 4.0-14.0g/m2 범위인 냉간 압조용 스테인리스 강선을 사용하여 직결 나사를 제조할 경우에 냉간 압조 과정에서 분진이 거의 발생하지 않아 직결 나사 제조 장치의 오염이나 공장 환경을 오염시킬 염려가 거의 없다.
이상과 같이 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막과 본데루베 피막이 모두 형성되어 있는 경우에 나타나는 작용 효과는 스테인리스 강선 표면에 인산염 피막이 형성되고 본데루베 피막이 형성되어 있지 않은 경우에도 동일한 경향으로 나타난다.
인산염 피막 스테인리스 강선을 사용하여 제조된 직결 나사는 은백색으로 미려하며 깨끗하므로 압조 공정 후 배럴 연마 등의 후처리가 불필요하다. 반면에, 수산염 피막 스테인리스 강선으로 제조된 직결 나사는 외관이 암흑색이어서 압조 후 배럴 연마 등 후 처리를 하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은 STS 410 스테인리스 강선으로 만든 인산염 피막 스테인리스 강선을 예시적으로 제시하였으나, 냉간 압조용 스테인리스 강선으로 사용되는 인산염 피막 스테인리스 강선의 전 강종, 예컨대 XM-7,430 등에 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 인산염 피막냉간 압조용 스테인리스 강선은 우수한 냉간 압조 가공성을 갖는다.
본 발명의 인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선은 포인팅과 같은 가혹한 냉간 가공에도 견딜 수 있다.
본 발명의 인산염 피막 냉간 압조용 스테인리스 강선을 이용한 직결 나사는 체결력이 우수하여 체결시간이 짧고 외관이 미려하며 제조 과정에서 공해 물질을 발생시키지 않는다.
본 발명은 도면에 나타난 실시예들을 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해진다.
Claims (9)
- 냉간 압조용 스테인리스 강선으로서,상기 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막이 형성되어 있고,상기 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막의 량은 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 인 냉간 압조용 스테인리스 강선.
- 삭제
- 냉간 압조용 스테인리스 강선으로서,상기 스테인리스 강선의 표면에 인산염 피막이 형성되어 있고,상기 인산염 피막 위에는 스테아린산 아연층이 더 형성되어 있으며, 상기 스테아린산 아연층 위에는 스테아린산 소다층이 더 형성되어 있고,상기 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막과 상기 스테아린산 아연층 및 상기 스테아린산 소다층의 전체량은 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 인 냉간 압조용 스테인리스 강선.
- 삭제
- 삭제
- 외주면에 나사가 형성되어 있으며 일단에 날개가 형성되어 있는 나사부와 상기 날개가 형성된 쪽과 반대쪽에 있는 상기 나사부의 타단에 형성된 헤드부를 구비하는 직결 나사로서,상기 나사부는 스테인리스 강선; 및 상기 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막을 포함하고,상기 나사부의 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막의 량은 4.0 g/m2 내지 14.0 g/m2 인 직결 나사.
- 제6항에 있어서,상기 나사부의 인산염 피막 위에는 스테아린산 아연층이 더 형성되어 있고, 상기 스테아린산 아연층 위에는 스테아린산 소다층이 더 형성되어 있는 직결 나사.
- 제6항에 있어서,상기 헤드부는 스테인리스 강선; 및 상기 스테인리스 강선의 표면에 형성된 인산염 피막을 포함하는 직결 나사.
- 제8항에 있어서,상기 헤드부의 인산염 피막 위에는 스테아린산 아연층이 더 형성되어 있고, 상기 스테아린산 아연층 위에는 스테아린산 소다층이 더 형성되어 있는 직결 나사.
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