KR20010060770A - 타이어 스틸코드용 소선의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 스틸코드용 소선의 제조방법에 관한 것으로, 통상 3회 신선가공 및 3회 열처리를 거치는 소선의 제조방법에 있어서, 최종열처리 및 최종신선가공조건을 적절히 제어함으로써, 선경 0.25mm까지 고속으로 신선하고도 디라미네이션현상의 발생없이 초고강도를 얻을 수 있는 타이어 스틸코드용 소선의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 중량%로 탄소: 0.90~0.94%, 크롬: 0.20~0.4%를 함유하고 직경이 5.5mm 이상인 선재를 산세, 1차 건식신선, 1차 페이턴팅처리, 2차 건식신선, 2,3차 페이턴팅처리, 황동도금, 3차 습식신선 및 연선하여 타이어 스티코드용 강선을 제조하는 방법에 있어서,

상기 3차열처리(페이턴팅열처리)가, 최종열처리후의 조직이 미세한 펄라이트로 이루어지고 그 펄라이트의 라멜라간격이 0.10~0.15㎛가 되도록 행해지고; 상기 3차 습식신선은, 초기 변형량(ε)이 1.0 이하인 구간에서는 단위패스당 감면율을 10~13%로 하고, 중기 변형량(ε)이 1.0~3.0인 구간에서는 단위패스당 감면율을 16~18%로 하고, 말기 변형량(ε)이 3.0 이상인 구간에서는 단위패스당 감면율을 10~13%로 실시하고;그리고 상기 3차 습식신선시의 다이스는 더블다이스를 사용하는 것을 특징으로 하는 타이어 스틸코드용 소선의 제조방법을, 그 기술적 요지로 한다.

Description

타이어 스틸코드용 소선의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING STRANDING WIRE FOR TIRE STEEL CORD}

본 발명은 타이어의 스틸코드용으로 적용되는 소선의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최종선경이 0.25φmm까지 극세선으로 가공이 가능하고 소선의 강도가 360kg/㎟이상이며 연선(Stranding)작업시 디라미네이션 현상이 없는 스틸코드용 소선의 제조방법에 관한 것이다.

통상 타이어 스틸코드용 강선은 다음과 같은 가공공정을 거쳐 제조된다.

선재→산세→1차 건식신선→1차 페이턴팅처리→2차 건식신선→2,3차 페이턴팅처리 및 황동도금→2차 습식신선→연선→스틸코드제품

즉, 일정치수의 선재로 열간압연한 다음, 냉간상태에서 3회신선과 3회 열처리 및 도금과정을 거쳐 직경이 0.40φmm 이하인 극세선 소선으로 만든후, 이 다수개의 소선을 고속의 여선과정을 통해 꼬아서 목적하는 최종 제품인 스틸코드로 제조되는 것이다. 이 때, 상기 3회 열처리중 2,3차 열처리는 최종신선전에 행해진다.

스틸코드용 고강도 강선의 경우에는, 소선강도가 최소 280kg/㎟이상이여야 하며, 본 발명재와 같은 초고강도의 경우에는 360kg/㎟~400kg/㎟의 값을 갖아야 한다.

이와 같이, 스틸코드용 강선재가 고강도특성을 가지면, 경량화에 따른 차량 연비향상효과가 큰 타이어 구동체의 경우에는 고무 부착량이 지수적으로 감소할 수 있는 효과가 있다.

그러나, 전술한 고강도 인장강도를 확보하는 것도 중요하지만, 무엇보다도 스틸코드용 강선의 요구되는 특성은, 극세선 소선가공시 및 고속의 연선작업시 단선현상이 없어야 한다는 것이다. 특히, 상기 초고강도 스틸코드의 경우 360kg/㎟의 고강도특성을 만족해야 하므로, 0.9%C 이상의 과공석화와 가공경화(Work Hardenability) 강화원소인 크롬을 0.3%정도 첨가하는 것이 일반적이다. 그러나, 이 경우에는 고합금 이 첨가되기 때문에, 신선과정에서 고탄소강의 과도한 변화량(ε)이 가해질 경우(통상 ε:3.0이상) 연선과정에서 비틀림응력이 가해져 선의 쪼개짐 현상인 디라미네이션현상이 발생하는 문제가 있어서, 초고강도의 완제품개발이 지연되어 왔다.

이하, 상기 디라미네이션현상을 상세히 설명한다.

디라미네이션(Delamination)현상이란, 신선에 의해 가공변형을 받은 소선의 잔류응력이 잔존하여, 선의 횡방향 응력(비틀림)을 받으며 길이방향으로 표면크랙이 순간적으로 전파되어 소선파단부에 나선형의 C형태 파단(이하 C파단)불량을 나타내는 현상으로, 주로 고탄소, 고합금강의 가공시 가혹한 변형 및 선온도가 높을 경우에 발생하는 것으로 공지되어 있다.

이러한 문제점 해결을 위해, 종래에는 총감면율(초기선경 면적과 최종선경의 면적비)을 가능한 작게하여 변형량을 줄이고, 이로인한 표면잔류응력을 줄이고자 하였다. 이 기술에서는, 변형량의 감소로 인한 강도저하는 합금원소를 첨가하여 감소시켰고, 다이스(Dies)각도를 적정하게 하여 표면응력집중을 분산시켰다. 또한, 윤활제를 적합하게 사용하여 표면마찰에 의한 선표면 온도증가를 억제시키고 다이스 거침을 최소화하여 선의 표면조도를 감소, 디라미네이션현상을 감소시키고자 하였다.

그러나, 상기한 종래방법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 감면율을 작게하고 합금을 첨가하는데 있어서, 최종선경이 0.35mm까지는 변형량(ε)을 2.92로 하여 360kg/㎟이상의 강도를 내고 디라미네이션현상을 제거할 수 있어지만 0.35mm에서는 변형량(ε)이 3.0을 초과되어 여전히 디라미네이션현상이 발생하였다. 또한, 스틸코드의 타이어성능 향상을 위한 극세선화 추세로,최근에는 0.35mm 용으로는 상용화 필요성이 소멸되어 적용키가 어려웠다.

둘째, 다이스 감면율을 적정하게 하여 표면응력을 분산시키기 위해서 다이스각도를 작게하여 표면응력을 감소시켰으나, 12°를 기점으로 더이상 작게하면 선의 중심부의 인장응력이 과다하게 되어 컵&콘(Cup & Con)형태(이하 Cuppy파단)의 파단이 발생되어 다이스각도에 의한 완전한 표면응력 제거는 불가능하였다.

셋째, 윤활제의 적정화 및 선표면조도 하향은 미세효과는 있으나, 디라미네이션현상의 근본적인 해결책은 되지 못하였다.

이에, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 통상 3회 신선가공 및 3회 열처리를 거치는 소선의 제조방법에 있어서, 최종열처리 및 최종신선가공조건을 적절히 제어함으로써, 선경 0.25mm까지 고속으로 신선하고도 디라미네이션현상의 발생없이 초고강도를 얻을 수 있는 타이어 스틸코드용 소선의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 변형량별 강도변화 분포를 나타내는 그래프

본 발명은 중량%로 탄소: 0.90~0.94%, 크롬: 0.20~0.4%를 함유하고 직경이 5.5mm 이상인 선재를 산세, 1차 건식신선, 1차 페이턴팅처리, 2차 건식신선, 2,3차 페이턴팅처리, 황동도금, 3차 습식신선 및 연선하여 타이어 스티코드용 강선을 제조하는 방법에 있어서,

상기 3차열처리(페이턴팅열처리)가, 최종열처리후의 조직이 미세한 펄라이트로 이루어지고 그 펄라이트의 라멜라간격이 0.10~0.15㎛가 되도록 행해지고; 상기 3차 습식신선은, 초기 변형량(ε)이 1.0 이하인 구간에서는 단위패스당 감면율을 10~13%로 하고, 중기 변형량(ε)이 1.0~3.0인 구간에서는 단위패스당 감면율을 16~18%로 하고, 말기 변형량(ε)이 3.0 이상인 구간에서는 단위패스당 감면율을 10~13%로 실시하고;그리고 상기 3차 습식신선시의 다이스는 더블다이스를 사용하는 것을 특징으로 하는 타이어 스틸코드용 소선의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기 3차열처리(페이턴팅열처리)시, 600~640℃의 온도범위에서 28~32분 동안 항온변태처리 실시할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 종래의 0.9%C과공석 및 0.3%Cr강 신선시 해결하지 못하였던 디라미네이션현상을 개선하기 위해, 연구 및 검토한 결과, 최종페이턴팅열처리 과정에서 조직제어가 디라미네이션 발생특성에 절대적인 영향이 있다는 사실을 밝혀내고, 열처리온도를 적정하게 제어함으로써 이를 개선하였다.

또한, 디라미네이션발생은 총감면율에 관계하는 것이 아니고, 3차 신선시 단위패스당 감면율을 순차적으로 조정하는 것이 중요하다는 사실을 밝혀내고, 동조건을 채택하였다.

한편, 최종 다이스에서 더블다이스를 사용함으로써, 최종소선의 잔류응력을 완전히 제거하고 디라미네이션을 개선하였다.

이하, 본 발명의 신선가공방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 디라미네이션불량을 감소하기 위해서는, 중량%로 탄소: 0.90~0.94%, 크롬: 0.20~0.40%로 조성된 선재를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다. 즉, 탄소는 가공경화원소로 그 범위에 미달될 경우 목표하는 소선강도를 얻을 수 없으며, 초과하는 경우에는 탄화물형성으로 단선을 유발하기 때문에, 그 성분범위를 0.90~0.94%로 설정하는 것이 바람직한 것이다.

또한, 상기 크롬은 가공경화 강화원소로, 그 함량이 0.20% 미만인 경우에는 강도확보가 곤란하고, 0.40%를 초과하는 경우에는 고경도의 크롬-탄화물 형성으로 확산에서도 제거되지 않고 단선을 유발하여 곤란하므로, 그 성분범위는 0.20~0.40%로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 선재는 직경이 5.5mm이상인 것이 바람직한데, 그 이유는 직경이 5.5mm 미만인 경우에는 동성분계에서 감면율 부족에 따른 강도확보가 초과되어, 단위감면율 과다로 인한 단선 혹은 신선패스수 과다에 따른 설비배치가 커져 적용이 곤란하기 때문이다.

상기와 같은 선재를 최종 3차열처리(페이턴팅열처리)한 후의 내부조직은100%로 미세펄라이트가 되도록 하고, 그 펄라이트의 라멜라간격(Lamella Spacing)은 0.10~15㎛이내가 되도록 조정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

펄라이트가 조대화되면 세멘타이트의 두께가 두꺼워지는데, 이러한 두꺼운 세멘타이트에 가혹한 변형이 가해지면 연신에 따른 탄화물 변태발열이 커지고 잔류응력이 누적되고, 소선이 비틀림 회전단응력을 받는 경우 디라미네이션이 발생하게 된다.

즉, 이러한 세멘타이트 연신변태 발열에 미치는 임계세멘타이트 두께는 0.15㎛이기 때문에, 그 이하로 관리하는 것이 바람직한 것이다. 만일, 그 두께가 0.15㎛를 초과하면 조직이 기타 펄라이트+디제너레이트(Degenerate)펄라이트 혹은 펄라이트+상부 베이나이트 등으로 구성되어 단선으로 인한 0.40mm이하로 극세선 신선이 불가능한 문제가 있다.

한편, 조직의 확보를 위해서, 상기 최종 3차열처리시 600~640℃의 온도범위에서 28~32분 동안 항온변태처리를 실시하는 것이 바람직하다.

그 후, 상기 3차 습식신선은 변형 구간별로 단위패스당 감면율을 달리하여 실시하는데, 즉, 초기 변형량(ε)이 1.0 이하인 구간에서는 단위패스당 감면율을 10~13%로 하고, 중기 변형량(ε)이 1.0~3.0인 구간에서는 단위패스당 감면율을 16~18%로 하고, 말기 변형량(ε)이 3.0 이상인 구간에서는 단위패스당 감면율을 10~13%로 제어하여 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유는 도1에 나타낸 바와 같이,0.9%C+0.3%Cr로 구성된 강의 변형량(ε)에 따른 응력분포에서, 초기변형 구간과 중간변형, 말기변형구간에서의 각각 응력분포가 다르며 이러한 상이한 응력분포구간에서 기존의 획일적인 단위감면율을 적용할 경우 초기와 말기변형에서 잔류응력이 과다누적되는 결과를 초래하게 되기 때문이다.

그 다음, 최종다이스는 패스수에 상관없이 더불다이스를 적용하였는데, 이와 같이 하면, 최종신선, 특히 신선조직의 잔류응력이 디라미네이션을 유발하는 임계변형량 구간인 변형량 3.3이상에서, 임계 잔류응력의 초과를 방지할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

중량%로 탄소:0.90~0.94%, 크롬:0.20~0.40%로 조성되고 5.5mm두께로 압연된 선재에 대하여, 우선 7패스의 1차신선을 실시하여 3.0mm의 중간선을 620℃의 Pb조에서 1차 페이턴팅처리한 후, 17패스의 2차 신선을 실시하여 1.4mm의 중간선을 제조하고 620℃의 Pb조에서 2차 페이턴팅처리를 다시 실시하였다.

그 다음, 1.4mm중간선을 3차 페이턴팅열처리시 Pb조온도를 하기 표1과 같이 달리하여 각각 30분씩 항온변태처리하고 내부조직 및 펼라이트의 라멜라간격을 측정하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다. 그 후, 신선하고 디라미네이션 발생유무를 관찰하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

상기 신선시 감면율은 중기, 초기 말기로 나누어 12%,17%,12%로 하고, 최종 다이스에서는 더불다이스를 채용하였다.

구분	변태온도(℃)	내부조직	펄라이트의라멜라간격(㎛)	신선 및디라미네이션 발생
비교재1	700	조대펄라이트+디제너레이트 펄라이트	0.30	신선불가
비교재2	680	조대펄라이트	0.20	신선가능디라미네이션 발생
비교재3	640		0.16
발명재4	620	미세펄라이트	0.14	신선가능디라미네이션 미발생
발명재5	600		0.10
비교재6	580	미세펄라이트+상부 베이나이트	0.08	신선불가

상기 표1에 나타난 바와 같이, 발명재(4),(5)는 신선이 가능하고 디라미네이션도 발생하지 않았는데, 이것은 전술한 라멜라간격에 기인하는 것으로 확인 되었다.

(실시예 2)

실시예 1의 비교재(3), 발명재(5)에 대하여 습식신선기를 활용하여 다이스각도를 12°를 적용하고, 신선속도는 통상의 상업생산가능 수준이 900m/min의 고속조건을 적용하여 신선을 수행하였다. 최종선경은 0.25mm까지 DIES수는 26pass, 총변형량은 3.7이 되도록 하였다.

이때, 변형구간을 초기,중기,말기의 3개구간으로 분류하고, 각각의 변형량을하기 표2와 같이 차등적용하고, 디라미네이션 발생여부와 강도분포를 측정한 후, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다. 단, 모든 시편에 있어서, 최종 다이스는 더불다이스를 적용하였다.

구분	감면율 적용조건	소선강도(kg/㎟)	디라미네이션발생여부
	초기변형(ε:1.0이하)			중기변형(ε:1.0~3.0)	말기변형(ε:3.0이상)
비교예1	비교재3	15	15	15	360	발생
비교예2		12	17	12	360
비교예3	발명재5	15	15	15	370
발명예1		12	17	12	370	미발생

상기 표2에 나타난 바와 같이, 비교재(3)을 이용하는 경우에는, 0.25mm로 신선이 가능하며 소선강도는 목표내를 만족하였으나, 감면율 적용조건에 관계없이 디라미네이션이 발생하였다. 그 이유는 전술한 조대 펄라이트 구성으로 인한 라멜라 간격이 조대한 것에 기인하는 것으로 확인되었다.

한편, 발명재(5)를 이용한 발명예(1)의 경우에는, 감면율을 차등적용한 결과, 디라미네이션을 제어하고 높은 소선강도를 얻을 수 있었다. 그러나, 비교예(3)은 감면율을 차등적용하였으나, 그 범위가 본 발명범위를 벗어나서 디라미네이션이 발생하였다.

(실시예 3)

실시예 1의 발명재(5)에 대하여, 본 발명의 신선조건을 적용하고, 최종 다이스에서 더불다이스를 적용하거나 적용하지 않은 다음, 디라미네이션 발생유무를 측정하고, 그 결과를 하기 표3에 나타내었다.

구분	더불다이스 적용여부	디라미네이션 발생유무
비교예4	미적용	발생
발명예2	적용	미발생

상기 표3에 나타난 바와 같이, 최종 다이스에서 더불다이스를 적용한 발명예(2)의 경우에는 디라미네이션이 발생하지 않았다.

상술한 바와같이, 본 발명은 초고강도 스틸코드용 소선의 제조방법에 있어서, 페이턴팅 열처리조건을 적절히 제어하고 신선시감면량을 변형량 구간별로 차등적용하고, 최종 다이스에서 더불다이스를 적용함으로써, 가혹한 가공량 적용에 따른 문제점인 디라미네이션불량이 없고, 강도와 인성이 우수하고 단선불량이 없는 초고강도 스틸코드용 소선을 제공하여, 상업적 생산이 가능하게 하는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 중량%로 탄소: 0.90~0.94%, 크롬: 0.20~0.4%를 함유하고 직경이 5.5mm 이상인 선재를 산세, 1차 건식신선, 1차 페이턴팅처리, 2차 건식신선, 2,3차 페이턴팅처리, 황동도금, 3차 습식신선 및 연선하여 타이어 스티코드용 강선을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 3차열처리(페이턴팅열처리)가, 최종열처리후의 조직이 미세한 펄라이트로 이루어지고 그 펄라이트의 라멜라간격이 0.10~0.15㎛가 되도록 행해지고; 상기 3차 습식신선은, 초기 변형량(ε)이 1.0 이하인 구간에서는 단위패스당 감면율을 10~13%로 하고, 중기 변형량(ε)이 1.0~3.0인 구간에서는 단위패스당 감면율을 16~18%로 하고, 말기 변형량(ε)이 3.0 이상인 구간에서는 단위패스당 감면율을 10~13%로 실시하고;그리고 상기 3차 습식신선시의 다이스는 더블다이스를 사용하는 것을 특징으로 하는 타이어 스틸코드용 소선의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 상기 3차열처리(페이턴팅열처리)시, 600~640℃의 온도범위에서 28~32분 동안 항온변태처리하는 것을 특징으로 하는 타이어 스틸코드용 소선의 제조방법