KR20010055677A - 성형 가공성이 우수한 황동도금 스프링용 강선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스프링 성형 가공성이 우수한 황동도금 스프링용 강선에 관한 것이다.

본 발명의 황동도금 스프링용 강선은 황동도금된 선재를 신선하여 만들어지고, 선재 표면의 황동 도금층은, 선재의 표면 위에 구리 도금층과 아연 도금층을 차례로 도금한 후, 선재를 400℃에서 3∼5초간 유지시켜 구리와 아연층 간의 확산을 통하여 두 도금층을 하나의 황동 도금층으로 변화시키므로써 얻어진다.

상기와 같이 형성된 선재 표면의 황동 도금층은 도금층 표면으로부터 1/5 깊이까지는 구리 함량이 60∼80wt%이고 나머지 부분은 구리 함량이 80wt% 이상이며 총 도금량은 3.0∼4.0 g/m²가 되도록 함에 기술적 특징이 있다.

그리고, 본 발명의 황동도금 스프링용 강선은 상기의 황동도금 선재를 습식 신선하여 강선 표면의 황동 도금량을 1.0∼1.5 g/m²이 되도록 하여 제조하며, 완성된 강선은 표면이 미려하고 습식 신선시 사용되는 비수용성 윤활제의 잔류 피막과 황동 도금층 때문에 별도의 방청유를 도포하지 않아도 방청 효과를 갖는 잇점이 있다.

Description

성형 가공성이 우수한 황동도금 스프링용 강선{Brass coated steel wire having good coiliability for spring}

본 발명은 스프링용으로 사용되는 황동도금 강선에 관한 것으로서, 더 자세하게는 스프링 성형 작업시 성형 기계와 강선 사이에서 발생하는 마찰력을 해소하기 위하여 황동도금 선재의 신선을 통하여 상기의 황동도금 강선을 제조함에 있어 선재 도금층 표면부의 구리 함량을 가능한 적게 하므로써 열확산에 필요한 온도를 낮추고 확산 시간 역시 단축하여 선재의 도금 원단위를 최소화 하는 한편, 도금층 내 β-황동의 분율을 최소화하므로써 선재의 신선 가공성을 향상시키고, 최종적으로는 강선의 스프링 성형시 마찰력을 감소시켜 균일한 스프링의 제조가 가능한 황동도금 스프링용 강선에 관한 것이다.

일반적으로 스프링용 강으로는 중·고탄소강이 많이 사용되며, 열처리 스프링이라 하여 대형물(大形物)을 소입(quenching)한 후 저온 소려(tempering)하여 만드는 것과 가공 스프링이라 하여 소형물(小形物)을 수 십 퍼센트의 높은 냉간가공으로 가공경화시킨 것의 두 종류로 대별된다.

이들 중 본 발명의 대상은 가공 스프링으로서, 이 강재에는 피아노선재와 경강선재가 있으며, 이 두 선재의 차이는 전자는 후자에 비하여 화학성분이 균일하고불순물 함량이 적으며 강선재의 표면 품질 관리가 매우 엄격하다는 점이다.

조직적으로, 고급 스프링용 소재로 사용되는 피아노용 선재는 래드 페이턴팅(lead patenting)을 주로하는 항온변태 처리로 미세 펄라이트(pearlite)조직을 가지며, 일반 경강선재는 스프링용 소재의 지름에 따라 차이가 있지만 주로공냉으로 미세조직을 가지게 된 소재를 사용한다.

그리고, 상기 두 선재를 80%이상의 냉간 신선가공으로 스프링용 소재로서 적합한 높은 인장강도와 높은 탄성한을 갖는 선재가 되나, 선재의 최종 가공 지름이 커지면 충분한 냉간가공을 할 수 없어 스프링에 적합한 높은 강도가 얻어지지 않는다.

따라서, 이때에는 목적하는 지름으로 신선한 후 가열하여 오스테나이트 (austenite)화 한 다음 오일 소입하고, 400∼500℃로 소려하여 사용하며 이것을 오일 템퍼 선이라 한다.

본 발명의 대상인 가공 스프링용 선재에 대한 제조공정은 상기의 방법과는 다른 방법을 적용하고 있는 바, 가공 스프링용 선재에 대한 종래의 제조 공정의 흐름을 도1에 도시하였다.

도시한 바와 같이, 스프링용 선재는 1차 산세 및 피막 처리 단계와, 1차 신선 및 페이턴팅(patenting) 하는 단계, 2차 산세 및 피막 처리하는 단계, 2차 신선 및 페이턴팅 하는 단계, 3차 산세 및 피막 처리하는 단계, 제품선 신선 단계, 방청 및 포장의 단계를 거치므로써 스프링용 강선이 제조되는 것이다.

상기 공정에 의해 제조된 스프링용 강선의, 신선 후에도 잔류하는 선재 표면 피막층과 선재의 방청을 위해서 권취 전 선재 표면에 도포되는 윤활 방청제는 스프링 성형 작업시 성형 기계와 선재 사이에 발생하는 마찰력을 감소시켜 작업성을 향상시키고 선재 표면의 흠 발생을 억제하는 역할을 한다.

그러나, 선경 0.2∼0.4mm 정도의 스프링용 강선은 신선후 선재 표면에 잔류하는 피막량이 적어 냉간 가공량의 증가에 의해 피막이 쉽게 파괴되어 윤활제로서의 역활을 수행하지 못하므로써, 스프링 성형 작업시 기계와의 마찰력이 감소되지 않아 스프링 성형성이 좋지 못하며, 강선에 윤활 방청제를 도포하여야 그 효과가 다소 개선된다.

따라서, 상기 마찰력을 흡수할 수 있는 연질의 금속 도금층으로서 아연 도금층이 고려될 수 있으나 신선성이 좋지 못하고, 국내 특허공보 제4289호(공고번호: 96-857)에는 구리도금과 아연도금을 순차적으로 행한 후, 가열하므로써 도금층 간의 확산에 의하여 황동 도금층을 형성시키는 방법이 개시되어 있으나, 도금층 구리 함량이 60∼72wt%로서 도금층을 구성하는 β-황동 때문에 이것 역시 신선성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 종래의 소형 스프링용 강선에서 지적되고 있는 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강선의 표면에 연질의 금속 도금층을 형성시키므로써 스프링 성형 가공시의 마찰력을 감소시켜 스프링 성형 작업성을 향상시키고 스프링 표면흠 발생을 줄일 수 있는 도금 방법과 그와 같은 방법으로 제조되는 새로운 스프링용 강선을 제공함에 있다.

스프링 성형 가공에서, 특히 마찰력에 의한 작업성 저하와 표면흠 발생 위험이 큰 소형 스프링은 각종 전자 제품이나 일반 소비자가 바로 사용하는 볼펜과 같은 제품에 사용되는 바, 선재 표면의 윤활성 향상과 함께 미관도 고려해야만 하며 도금 공정의 추가에 따른 제조 원가의 상승 또한 중요한 고려 사항이 된다.

따라서, 윤활성을 가지며 스프링 성형 가공후 표면의 금속 광택을 유지하면서도 최소한의 비용으로 할 수 있는 도금 방법과 도금 조건을 찾아야만 한다.

도 1은 종래 스프링용 강선의 제조공정 흐름도.

도 2는 본 발명 방법에 따른 스프링용 강선의 제조공정 흐름도.

도 3의 (가)와 (나)는 본 발명 황동도금 스프링용 강선의 단면도로서,

(가)는 열확산이 일어나기전의 도금층 구조 단면도이고,

(나)는 열확산 후 황동 도금층이 형성된 강선의 단면도이다.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

1. 선재 2. 구리 도금층

3. 아연 도금층 4. 황동 도금층

본 발명의 황동도금 스프링용 강선은, 스프링용 선재의 표면에 구리 도금층과 아연 도금층을 연속적으로 형성시킨 후, 선재를 적절한 온도와 유지 시간동안 가열하므로써 구리-아연 도금층 계면에서의 확산을 통하여 두 도금층을 농도의 구배가 있는 하나의 황동 도금층으로 변화시키고, 도금층의 표면으로부터 1/5 깊이까지는 구리의 함량이 60∼80wt%가 되도록 하고 나머지 도금층의 조성은 구리 함량이 80wt% 이상 되도록 한 도금층 구조에 기술적 특징이 있다.

이때, 본 발명의 강선 표면에 피복된 황동 도금층 전체의 구리 함량은 80wt% 이상이 되며 강선의 표면에 피복되는 아연량은 종래 아연도금 방식에 의한 것의 약 1/3 수준으로도 충분하다.

스프링용 강선의 표면에 피복되는 황동 도금층에서 아연의 함량이 높아지면 β-황동의 증가에 따라 신선성을 저하시키는 것으로 알려져 있다. 황동은 38wt%이하의 아연을 함유하면 상온에서 단상의 α-황동조직을 갖고, 그것을 초과하면 (α+β)의 혼합 조직이 된다.

종래의 황동 도금층에서는 전체 도금층에 걸쳐 구리의 함량이 60∼72wt% 정도이고 잔량의 아연으로 조성되어 상대적인 아연 함량이 높으므로 강선의 신선성에 악영향을 미치는 β-황동의 분율이 높았다.

그러나, 본 발명의 황동도금 스프링용 강선 표면에 피복된 황동 도금층은 표피층만 아연 함량이 상대적으로 높을 뿐 나머지 도금층 영역에서는 구리의 함량이 80wt% 이상을 유지하므로, 표피층을 제외한 도금층이 가공성이 우수한 면심입방격자 구조(f.c.c. structure)를 갖는 α-황동으로 이루어져 강선의 신선성이 향상되는 잇점이 있다.

본 발명 황동도금 스프링용 강선의 구체적인 황동 도금층 형성과정 및 특성 등에 관한 자세한 사항은 아래의 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.

도2에 본 발명 방법에 따른 황동도금 강선의 제조 공정 흐름도를 도시하였다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 황동도금 스프링용 강선의 제조공정은 도1에 도시된 종래 스프링용 강선과 비교하여 아래의 세 가지 점에서 차이를 보이고 있다.

첫째, 가장 중요한 황동도금 공정(8)의 추가이다. 황동도금 공정은 선재에 구리를 전기도금하는 단계와, 구리 도금층이 형성된 선재를 용융 아연욕 속에 침적시켜 구리 도금층 위에 아연 도금층을 추가 형성시키는 단계와, 두 종류의 도금층이 피복된 선재를 약 500℃로 가열된 가열로 속으로 3∼5초간 통과시켜 두 도금층 간의 확산을 유도하므로써 두 도금층을 도금층 깊이에 따라 구리 농도 구배를 갖는 하나의 황동 도금층으로 변화시키는 단계로 이루어 진다.

둘째는 피막처리 방법에 대한 것으로서, 종래 선재의 표면에 3차에 걸쳐 피복시켰던 인산염피막과 석회피막의 복합 피막처리(5)를 2회의 보락스피막 (Na₂B₄O₇·XH₂O) 처리(7)로 변경하였다. 이는 전자의 피막은 구리 도금에 바람직하지 않기 때문이다.

그리고, 상기의 두 가지에 비하여 중요성은 떨어지나 셋째는 황동도금 피아노 강선 제품의 포장전 방청 단계(6)의 생략이다. 이는 강선 자체의 황동 도금층과 제품선 신선후 윤활제인 비수용성 기름의 잔류 피막이 강선 제품의 방청 역할을 수행하기 때문이다.

상기에서 살펴본 황동도금 방법을 적용한 일실시예는 다음과 같다.

모재 와이어 로드로서 선경이 5.5mm이고, 화학성분이 0.80∼0.85wt% C, 0.12∼0.32wt% Si, 0.30∼0.60wt% Mn, 0.025wt% 이하 P, 0.025wt% 이하 S, 0.10wt% 이하 Cu 인 스프링용 선재 SWRS 82A를 선정하여, 1차 산세 및 보락스피막 처리 후 1차 신선을 선경 3.00∼4.00mm 범위까지 실시하였다.

가공경화된 1차 신선선을 약 900℃정도로 가열한 후 550℃정도 되는 용융 납욕에 넣고 일정 시간 유지하면서 항온 변태시키는 가공열처리의 일종인 1차 페이턴팅을 실시하였고 변태가 완료된 1차 신선선 표면의 고온 스케일 제거와 2차 신선을 위하여 2차 산세와 보락스피막 처리를 행한 후 선경 0.90∼1.40mm로 2차 신선을 하였다.

2차 신선된 선재를 1차 페이턴팅과 같은 방법의 2차 페이턴팅을 실시하였고,선제 표면에 형성된 스케일 제거를 위하여 3차 산세를 실시한 후, 깨끗한 표면의 선재 표면에 전기 구리도금과 용융 아연도금을 적용하여 구리 도금층과 아연 도금층을 형성시켰다.

구리와 아연 도금층이 형성된 선재를 500℃의 가열로에서 3∼5초간 유지시키므로써 황동 도금층을 형성시킨 후, 최종적으로 선경이 0.20∼0.40mm인 제품선 신선을 하여 황동도금 스프링용 강선을 제조하였다.

본 발명은 앞서 살펴본 바와 같이 스프링용 강선의 표면에 윤활방청제와 함께 종래 인산염 등의 피막보다 마찰력에 대한 내구성 및 윤활성이 우수한 황동 도금층을 형성시킴에따라 스프링 성형 작업시 강선의 성형성이 개선되어 성형된 스프링의 형(形)이 양호할 뿐아니라 마찰에 의한 표면흠 발생도 감소되는 효과가 있다.

그리고, 황동 도금층 특유의 금속 광택으로 스프링 제품의 미관도 미려하고 내식성도 우수한 장점이 있다.

Claims (2)

1. 스프링용 선재의 표면에, 도금층 표면으로부터 도금층 두께의 1/5까지는 구리 함량이 60∼80wt%이며 나머지 도금층의 구리 함량은 80wt% 이상이 되고 피복되는 도금량은 3.0∼4.0 g/m²인 황동 도금층이 피복된, 황동 도금 선재를 신선하여 도금층의 최종 도금량이 1.0∼1.5 g/m²인 것을 특징으로 하는 성형 가공성이 우수한 황동도금 스프링용 강선.
2. 스프링용 선재의 표면에 황동 도금층을 형성시킴에 있어서, 선재의 표면에 구리 도금층과 아연 도금층을 순차적으로 도금한 다음, 500℃에서 3∼5초간 가열하여 두 도금층 간의 확산을 일으키므로써 황동 도금층 표면으로부터 1/5 깊이까지는 구리 함량이 60∼80%이고, 나머지 4/5 영역의 도금층은 구리 함량이 80wt% 이상 되면서 3.0∼4.0 g/m²의 도금량을 갖는 황동 도금층이 형성되도록 함을 특징으로 하는 성형 가공성이 우수한 스프링용 황동도금 선재의 황동도금 방법.