KR101403249B1 - 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유 - Google Patents

Abstract

파라핀계 탄화수소 용제 및 수화된 경 파라피닉 증류액이 부피 비율로 1:3 내지 1:9의 비율로 혼합되어 이루어지는, 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유가 제공된다.
본 발명에 따르면, 금형과 소재 사이에서 슬립이 잘 일어나도록 하고, 소재 표면에 오일 자국을 남기지 않으며, 스테인리스강의 딥드로잉성을 향상시킬 수 있는 윤활유를 제공할 수 있다.

Description

스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유{LUBRICATION OIL FOR ENHANCING DEEP-DRAWABILITY OF STAINLESS STEEL}

본 발명은 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유에 관한 것이다.

딥드로잉 공정이란 재료의 직경을 줄이거나, 판재의 주변부를 중앙으로 좁혀서 용기상(예를 들어, 컵 상)으로 가공하는 방법을 말한다. 판금을 딥 가공하는 방법으로는 (1)평판을 펀치와 다이(Die)를 사용하여 판 주변부를 안쪽으로 좁혀서 이음매가 없는 중공(中空)상태의 용기로 가공하는 방법, (2)스피닝(Spinning) 선반을 사용하여 스피닝으로 판금을 모형에 압착하여 회전 성형하는 가공방법이 있다. 스피닝 대신에 롤러를 사용하는 방식도 있다.

이러한 딥드로잉 공정에서는 윤활유로서 오일이 사용되어 왔다. 강재에 오일을 도포하는 경우, 금형과 소재 사이에 마찰을 줄여 슬립이 잘 일어나고, 소재 표면의 마모나 변형을 줄일 수 있다.

종래에는 강재에 오일을 도포하는 경우 각 업체마다 정량화된 일정한 기준이 없이 단순히 보호유의 개념으로 사용하여 왔으며, 딥드로잉 용도에 적합하게 사용하지 못하였다.

소재 자체의 성형성이 좋은 경우는 제품 성형에 큰 문제가 없으나, 400계 STS(Stainless Steel)와 같이 성형성이 떨어지는 소재의 경우 딥드로잉성 향상을 위해서는 정량화된 기준을 가진 윤활유의 사용이 필요하다.

본 발명의 일 측면은 금형과 소재 사이에서 슬립이 잘 일어나도록 하고, 스테인리스강의 딥드로잉성을 향상시킬 수 있는 윤활유를 제시하고자 한다.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 파라핀계 탄화수소 용제 및 수화된 경 파라피닉 증류액이 부피 비율로 1:3 내지 1:9의 비율로 혼합되어 이루어지는, 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 금형과 소재 사이에서 슬립이 잘 일어나도록 하고, 소재 표면에 오일 자국을 남기지 않으며, 스테인리스강의 딥드로잉성을 향상시킬 수 있는 윤활유를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 용제의 혼합비와 점도 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 윤활유 도포 후 성형성 실험한 결과사진이다.
도 3은 본 발명의 일 비교예에 따른, 윤활유 도포 후 성형성 실험한 결과사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유를 상세히 설명한다.

딥드로잉용 강의 일종인 400계 STS는 다른 강종 대비 연신율이 열위하고 가공성이 다소 불리하다. 성형이 진행됨에 따라 소재의 표면에 리징이라고 하는 표면 요철이 발생한다. 이로 인해 소재의 마찰특성이 저하되어 드로잉성이 열위해지는 현상이 발생한다. 즉, 위와 같은 리징 발생에 의한 드로잉성의 저하를 막기 위한 조치가 필요하다. 이러한 400계 STS의 취약점을 극복하기 위한 방안으로 프레스 가공시 윤활유를 이용하여 소재의 딥드로잉성 및 가공성을 향상시키고자 하는 것이 본 발명의 주요 목적이다.

이를 위하여, 본 발명의 윤활유는 종래에 흔히 사용되어 왔던 오일 중에서 파라핀계 탄화수소 용제와 수화된 경 파라피닉 증류액을 주요 물질로 사용하여 딥드로잉 용도에 적합한 용도로 사용하고자 한다.

파라핀계는 직선형 또는 가지형 포화탄화수소로 구성되어 있으며, 점도 지수가 크고, 압력 및 온도에 대한 점도 변화가 작고 스탬핑 가공의 경우처럼 저속 가공에서는 가공시 소재의 한계 드로잉비를 증가시키는 역할을 한다. 이에 첨가제로 증류액을 부여할 경우에는 가공 후의 소재의 표면 광택의 저하를 방지할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유는 파라핀계 탄화수소 용제와 수화된 경 파라피닉 증류액이 부피 비율로 1:3 내지 1:9의 비율로 혼합되어 이루어진다.

상기 파라핀계 탄화수소 용제에는 노르말파라핀계, 이소파라핀계, 노르말파라핀계 및 이소파라핀계 쌍방이 모두 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 파라핀계 탄화수소 용제는 이소파라피닉 하이드로카본 90~99중량%를 포함하며, 나머지는 첨가제로 이루어질 수 있다. 상기 이소파라핀계 탄화수소 용제의 대표적인 예로는 CAS No. 64742-48-9를 들 수 있다.

상기 첨가제로는 특별히 제한되지 않으며, 윤활유 분야에서 종래 사용되는 임의의 첨가제를 배합할 수 있다. 이러한 윤활유 첨가제로서는, 구체적으로는, 산화방지제, 내마모제, 극압제, 마찰 개질제, 점도 지수 개선제, 유동점 강하제, 분산제, 부식 억제제, 소포제 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 하나를 포함할 수 있다.

상기 산화방지제는 윤활유의 산화적 분해를 지연시킨다. 이러한 분해는 금속 표면상에 침전, 슬러지의 존재 또는 윤활유에서 점도 증가를 야기할 수 있다. 산화방지제의 예로는, 아민류(다이페닐아민, 페닐 나프틸아민, 페노티아진, 이미도다이벤질, 다이페닐 페닐렌 다이아민), 페놀류(다이나프콜, 다이-t-부틸-4-메틸페놀), 유황화합물(다이벤질설파이트, 다이아밀페놀설파이트), 인화합물(트리페닐포스파이트), 유황인화합물에서 선택된 하나의 화합물을 사용할 수 있다.

상기 내마모제(anti-wear agent) 및 극압제(extreme-pressure agent)는 금속 표면과의 반응에 의한 마찰 표면을 보호하는 기능을 한다. 이들의 예로는, 유기 설파이드, 금속 디티오카바메이트, 염화 파라핀 및 금속 디티오포스페이트를 들 수 있다.

상기 마찰 개질제는 윤활유의 마찰계수를 변화시킬 수 있는 임의의 물질 또는 이러한 물질을 함유하는 유체이다. 예를 들면, Mo-다이티오카바메이트, Mo(DTC), Mo-다이티오포스페이트, Mo(DTP), Mo-아민, Mo-알콜레이트, Mo-알코올-아마이드 등이 특히 효과적일 수 있다.

상기 점도 지수 개선제로는 폴리부텐, 올레핀 공중합체, 폴리메타아크릴레이트, 에틸렌 프로필렌 공중합체에서 선택된 하나의 화합물일 수 있다.

상기 유동점 강하제는 본 발명의 윤활유에 첨가되어 유체가 유동하거나 흐를수 있는 최소 온도를 낮춘다. 적절한 유동점 강하제의 예는 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아릴아마이드, 할로파라핀 왁스와 방향족 화합물의 축합 생성물, 비닐 카복실레이트 중합체 및 다이알킬퓨마레이트의 삼원공중합체, 지방산 및 알릴 비닐 에테르의 비닐 에스터에서 선택된 하나의 화합물을 사용할 수 있다.

상기 분산제(dispersant)는 금속 표면상에 부산물 침전을 감소시키는 것을 도와준다. 분산제는 페네이트, 설포네이트, 황화 페네이트, 살리실레이트, 나프텐에이트, 스테아레이트, 카바메이트, 티오카바메이트, 인 유도체 에서 선택된 하나일 수 있다.

상기 소포제는 안정한 거품의 형성을 지연시킨다. 유기규소화합물 및 유기 중합체는 전형적인 소포제이다. 예를 들면, 폴리실록세인, 예를 들면 실리콘 오일 또는 폴리다이메틸 실록세인은 소포 특성을 제공한다. 폴리 히드록시 지방산 알코올, 장쇄상 지방산 에스테르, 올레산 칼륨 지방족 탄화수소의 불소화물, 실리콘 에멀젼에서 선택된 어느 하나의 화합물일 수 있다.

상기 수화된 경 파라피닉 증류액은 순수하게 100중량%로 구성되며, 다른 첨가제를 함유하지 않는다. 이의 대표적인 예로는 CAS No. 64742-55-8을 들 수 있다.

상기 파라핀계 탄화수소 용제와 수화된 경 파라피닉 증류액을 부피 비율로 1:3 내지 1:9의 비율로 혼합하여 본 발명의 윤활유가 제조된다.

수화된 경 파라피닉 증류액이 상기 범위를 초과하여 혼합되는 경우 소재 표면에 주름이 형성된다. 또한, 수화된 경 파라피닉 증류액이 상기 혼합 비의 범위에 미달하는 경우 소재의 성형시 파단이 발생한다.

한편, 기존의 드로잉유는 단순히 소재의 표면 슬립이 잘 일어나도록 하는 개념적인 정도에서 사용되었으나 400계 STS를 이용한 딥드로잉 성형에서는 드로잉유(윤활유) 사용에 대한 면밀한 조절이 필요하다. 제품의 표면 요철 중 튀어나온 부분은 금형과 직접 맞닿아 표면이 접촉상태에 놓이게 된다. 드로잉유의 역할은 이 표면 접촉상태에 있는 금형과 소재 사이에서 슬립이 잘 일어나도록 하는데 있다. 드로잉 유의 점도가 너무 낮으면 표면 소재의 요철 사이의 낮은 부분으로 흘러 내려 금형과 소재 사이의 슬립을 향상시키지 못한다. 반대로 점도가 너무 높으면 소재에 드로잉유 자국을 남기게 되고 성형 완료 후 드로잉유를 제거하여야 하는 번거로움이 있다. 성형완료 후에는 소재에서부터 흘려 내릴 수 있을 정도의 적절한 점도가 필요하다. 400계 STS와 같은 리징이 발생하는 소재의 딥드로잉 성형시에는 점도 4cP(centric poise, 점도단위) 이상 9cP이하가 적절하다.

점도가 9cP를 초과하면 표면에 주름이 형성되고, 4cP 미만이면 소재의 성형시 파단이 발생한다.

본 발명의 윤활유를 도포하는 대상 강종은 딥드로잉용 강이라면 특별히 한정하지 않는다. 이러한 딥드로잉용 강의 일례로서, 400계 STS를 들 수 있는데, 400계 STS는 중량%로, Cr: 11~30%, C: 1.0%이하, N: 0.1%이하, Si: 1.0%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강을 의미한다. 이러한 강은 항복강도 205MPa이상, 인장강도 450MPa이상, 연신율 22%이상, 경도(Hv) 200이하의 특징을 가진다. 400계 STS와 동등 수준의 가공성을 보유하고 있는 소재라면 본 발명의 윤활유를 적용하여 동일한 효과를 볼 수 있다고 판단된다.

또한, 400계 STS 이외에도 200계 STS, 300계 STS에도 본 발명의 윤활유를 사용할 수 있다. 여기서, 200계 STS는 중량%로, 중량%로, Cr: 11~30%, Ni: 1.0~6.0%, Mn: 3~10%, N: 0.25%이하, C: 0.15%이하, Si: 1.0%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강을 의미한다. 또한, 300계 STS는 중량%로, Cr: 11~30%, Ni: 6~26%이하, C: 0.15%이하, Si: 5.0%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강을 의미한다.

200계 STS 및 300계 STS는 400계 STS에 비하여 연신율이 우수하지만 본 발명의 윤활유를 적용한다면 각각의 가공한계를 좀 더 높일 수 있다.

상기 400계 STS, 200계 STS, 및 300계 STS는 각각 필요에 따라, 중량%로, Mo: 0.5%이하, Ti: 0.2%이하, Nb: 0.4%이하, Al: 0.15%이하 및 Cu: 0.5%이하로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예]

CAS No. 64742-48-9(Isoparaffinic hydrocarbon, 90~99%)로 표시되는 이소파라핀계 탄화수소 용제(이하, '용제A'로 표시함)와 CAS No. 64742-55-8(Distillates, Hydrotreated Light Paraffinic wt% 100%)로 표시되는 수화된 경 파라피닉 증류액(이하, '용제B'로 표시함)를 준비하였다. 상기 CAS No. 64742-48-9와 CAS No. 64742-55-8의 구성성분은 끓는점 150~290℃의 범위에 있는 C9~C16의 탄화수소 100%로 이루어진 것이다.

이들을 부피 비율로 표 1의 혼합비로 혼합하여 윤활유를 제조하고 25℃에서 점도를 측정하였다. 제조된 윤활유를 400계 STS 강(Cr:13~18%, C:0.3%이하, Si:0.2~0.7%, Nb:0.4%, Mo:0.5%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어짐) 에 도포하고 프레스 홀딩력 50 Ton ~ 70 Ton을 적용하여 29 인치형 건조기 리어 성형 실험을 한 후 파단여부를 측정하였다. 도 2는 발명예4의 결과 사진으로서 파단이 없는 표면을 보여주며, 도 3은 비교예5의 결과사진으로서 표면 파단이 발생한 것을 확인할 수 있다.

구분	용제A 혼합량 (부피%)	용제B 혼합량 (부피%)	혼합비	점도(cP)	파단여부
비교예1	0.0	100	0:100	18.2	주름
비교예2	4.8	95.2	1:19.8	12.4	주름
비교예3	9.1	90.9	1:10	9.6	일부주름
발명예1	13.0	87.0	1:6.7	8.4	OK
발명예2	16.7	83.3	1:5	6.7	OK
발명예3	20.0	80.0	1:4	5.5	OK
발명예4	25.0	750.	1:3	4.3	OK
비교예4	30.0	70.0	1:2.3	3.2	파단
비교예5	100.	0.0	100:0	1.3	파단

상기 표 1을 보면, 이소파라핀계 탄화수소 용제 및 수화된 경 파라피닉 증류액의 혼합비가 1:3 내지 1:9인 발명예 1 내지 4의 경우 우수한 성형성을 보여 주며, 이 때의 적정 점도 기준은 4cP 내지 9cP임도 확인할 수 있다.

한편, 이소파라핀계 탄화수소 용제 및 수화된 경 파라피닉 증류액의 혼합비가 1:3 내지 1:9을 벗어나는 비교예 1 내지 5의 경우는 점도가 상기 범위를 초과해서 표면에 주름이 형성되거나, 점도가 상기 범위 미만에 해당하여 파단이 발생하여 성형성이 불량함을 확인할 수 있다.

이들 혼합비와 점도와의 관계를 도 1에 도시하였다.

이소파라핀계 탄화수소 용제의 비율이 증가할수록 점도가 낮아지는 경향을 확인할 수 있다.

Claims (5)

1. 파라핀계 탄화수소 용제 및 수화된 경 파라피닉 증류액이 부피 비율로 1:3 내지 1:9의 비율로 혼합된, 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 윤활유의 점도는 25℃기준으로 4cP 내지 9cP인 것인, 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 파라핀계 탄화수소 용제 및 수화된 경 파라피닉 증류액은 C9~C16의 탄화수소로 이루어지는 것인, 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 스테인리스강은, 중량%로, Cr: 11~30%, C: 1.0%이하, N: 0.1%이하, Si: 1.0%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 400계 STS강;
   중량%로, Cr: 11~30%, Ni: 6~26%이하, C: 0.15%이하, Si: 5.0%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 300계 STS강; 및
   중량%로, Cr: 11~30%, Ni: 1.0~6.0%, Mn: 3~10%, N: 0.25%이하, C: 0.15%이하, Si: 1.0%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 200계 STS강 중 어느 하나인 것인, 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 400계 STS강, 상기 300계 STS강 및 상기 200계 STS강 중 1종 이상이 중량%로, Mo: 0.5%이하, Ti: 0.2%이하, Nb: 0.4%이하, Al: 0.15%이하 및 Cu: 0.5%이하로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상을 추가로 포함하는 것인, 스테인리스강의 딥드로잉성 향상용 윤활유.
   

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