KR20030094897A - 고무제품 보강용 극세강선의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중간 페이텐팅 열처리를 생략함으로써 제조비용을 절감시키고 단선율을 향상시킨 고무제품 보강용 극세강선의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 고무제품 보강용 극세 강선의 제조방법은 탄소함량이 0.8 내지 0.84 wt%이고, 인장강도가 100~110 kg/㎟, 직경이 5.0 ~ 5.5mm인 열간압연 선재를 직경이 1.0 ~ 2.0 mm가 되도록 1차 신선하여 중간 신선재를 수득하는 단계, 상기 중간 신선재를 통상의 방법으로 열처리(patenting), 금속도금 및 황동도금하는 단계, 및 상기 황동도금된 중간신선재를 직경이 0.2 ~ 0.3 mm가 되도록 2 차 신선하여 인장강도 320 kg/㎟ 이상의 최종 신선재를 수득하는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따르면 스틸코드용 극세강선의 제조공정에서 일반적으로 2회 실시되는 열처리 횟수를 1회로 줄일 수 있어 공정을 단축하고 제조비용을 절감할 수 있으며, 단선율도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

고무제품 보강용 극세강선의 제조방법{Manufacturing method of ultrafine steel wire for reinforcing rubber product}

본 발명은 고무제품 보강용 극세강선의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 중간 페이텐팅 열처리를 생략함으로써 제조비용을 절감시키고 단선율을 향상시킨 고무제품 보강용 극세강선의 제조방법에 관한 것이다.

종래에 통상 타이어 등의 고무제품에 보강용으로 들어가는 스틸코드용 강선은 대체로 제강, 열간압연선재의 제조, 신선, 열처리(patenting), 신선, 열처리, 코팅(도금), 신선 등의 공정을 거쳐 제조되는데 이를 구체적으로 보면 다음과 같다.

우선, 탄소함량이 0.6 내지 0.95 중량%인 탄소강을 재질로 하는 일정직경(현재 5.5 mm의 것이 대부분임)의 열간압연 선재를 사용 1회의 페이텐팅(patenting) 열처리와 1회 내지 2회의 신선가공을 실시해 직경 1.0 내지 2.0 mm 인 강선을 제조한다.

그런 다음, 가공변형된 금속내부조직 회복을 위해 다시 1회의 페이텐팅 열처리를실시한 후에 0.5 내지 1.5 ㎛ 두께의 구리도금을 실시하고, 그 위에 0.3 내지 1.0 ㎛의 아연도금을 순차적으로 실시한 이후 다양한 방법의 열확산 과정을 실시하여 황동도금층을 얻은 다음, 직경 0.1 내지 0.6 mm로 신선가공을 행하여 고무제품에 보강용으로 들어가는 스틸코드용 강선이 제조된다.

이와 같이 제조되는 선재는 용도에 따라, 다양한 구조( 1x3, 1x4, 2+2, 2+7, 3+6, 3+9+15 등 )로 꼬아져서 사용되는데, 강도, 모듈러스, 내열성, 내피로성이, 다른 종류의 무기섬유 및 유기섬유에 비하여 우수하여, 타이어, 콘베이어 벨트 등의 고무제품 보강용으로 유용하게 사용되고 있다.

타이어 스틸코드용 강선의 경우 소선의 인장강도가 최소 280Kg/㎟ 이상의 강도 특성을 가져야 하며 일반적으로 소선 인장강도 280 내지 300 Kg/㎟의 것을 노말텐샬(Normal Tensile) 스틸코드, 소선 인장강도가 320 Kg/㎟ 이상의 것을 하이텐샬(High Tensile) 스틸코드로 분류 사용하고 있다.

노말텐샬 스틸코드 제조에 사용되는 열간압연 선재는 통상 탄소함량이 0.7∼0.74wt%, 인장강도 100∼110Kg/㎟ 정도가 사용 되어지며, 하이텐샬 스틸코드 에 사용되는 열간압연 선재는 통상 탄소함량이 0.8∼0.84wt%, 인장강도 110∼120Kg/㎟ 정도가 사용된다.

최근, 타이어 경량화 및 주행시 고하중 고속 반복피로에 대응한 내피로성 향상 요구에 부응하기 위하여 스틸코드 역시 고강도화, 경량화 되어지는 추세로 하이텐샬급 스틸코드에 대한 사용범위가 넓어지고 있는 상황이다.

일반적인 하이텐샬 스틸코드의 제조과정은 도1의 블록도에서 보여지는 바와 같이다음과 같다.

탄소함량이 0.8 내지 0.84 중량%인 탄소강을 재질로 하는 일정직경(현재 5.5 mm의 것이 쓰임)의 열간압연 선재를 사용 1회의 신선가공을 실시해 직경 3.0 내지 3.4 mm 인 강선을 제조한 후 이 과정에서 가공변형된 금속내부조직 회복을 위해 900 내지 1050℃ 의 온도에서 가열하여 오스테나이트화한다.

다음에 급냉하여 500 내지 650℃의 온도범위에서 미세한 펄라이트로 항온변태시키는 페이텐팅 열처리를 실시한 후에 직경 1.0 내지 2.0 mm로 재차 신선가공을 실시한 후 다시 1회의 페이텐팅 열처리를 실시한다.

다음에 0.5 내지 1.5 ㎛ 두께의 구리도금을 실시한 후, 그 위에 0.3 내지 1.0 ㎛의 아연도금을 순차적으로 실시하고 다양한 방법의 열확산 과정을 실시하여 황동도금층을 얻은 후 직경 0.2 내지 0.3 mm로 신선가공을 행하여

최종적으로 하이텐샬 스틸코드용 극세강선이 제조되고, 이와 같이 제조된 선재를 용도에 따라, 다양한 구조로 꼬아서 타이어등의 보강용으로 사용한다.

전술한 일반적인 하이텐샬 스틸코드의 제조과정을 요약하면 열간 압연 선재를 사용해 60∼80%의 신선가공을 행하고, 페이텐팅 열처리를 실시하여 가공의 영향이 없는 펄라이트 조직을 얻는 공정을 2회 반복한 후 황동도금을 실시하고 최종신선에 의해 0.20∼0.30 mm 로 제조된다.

이때 일반적으로 신선도중 실시하는 중간 열처리 공정(patenting)은 최종제품 선경까지 신선가공이 가능하도록 신선을 어느정도 실시한 후 생긴 변형 조직을 제어하기 위해 실시하며 하이텐샬 스틸코드와 같이 펄라이트 조직에서 세멘타이트 분율이많은 고탄소강을 사용하는 신선가공의 경우 거의 필수적인 제조공정이라 할 수 있다.

이는 신선도중 신선성의 저하는 가공도중 발생하는 균열에 기인하며 이러한 균열은 페라이트/세멘타이트로 구성된 펄라이트 조직에서 세멘타이트의 균열에 기인하여 발생하기 때문에 세멘타이트 분율이 많은 고탄소강이 저탄소강에 비해 신선성이 낮게 된다.

최근에는 에너지 절감과 제조비용 절감을 위해 하이텐샬 스틸코드용 강선의 제조공정에서 일반적으로 2회 실시되는 열처리 횟수를 생략하거나 단축시키고자 하는 노력이 진행되고 있는데, 이와 같은 중간 열처리 생략 및 단축을 위해서는 강의 신선성 향상이 전제되어야 한다.

일본국 특허공개공보 제 평4-346619호 에서는 중량%로 C: 0.6∼1.1%, Si: 0.1∼0.2% 및 Mn:0.1∼2.0%를 함유한 탄소강을 페이텐팅한 후 60%이상 신선가공하고 50∼200℃ 범위에서 300∼3600초 유지하여 신선시 변형시효에 의한 연성의 저하를 회복시켜 우수한 강선을 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 근본적으로 신선도중 강선의 연성을 증가시키지 못하기 때문에 열처리를 하지 않고 신선량을 증대시키는데는 문제가 있다.

또한, 일본국 특허공개공보 제 평5-156370 호에서는 중량%로 C:0.9∼1.1%, Si:0.4% 이하, Mn: 0.5% 이하, Cr:0.1∼0.3%를 함유하는 강을 4.5∼6.5mm로 열간압연후 50℃/sec 이상의 냉각속도로 800∼1100℃의 온도범위에서부터 450∼550℃의 온도범위로 냉각한 다음, 450∼550℃ 온도범위에서 변태를 완료시키고 이때 450℃ 이상의온도에서 약 120초 동안 유지한 후 상온까지 냉각시키는 방법으로 가공경화율이 낮고 연성이 향상되도록 함으로써 열처리를 1회 단축할 수 있게 되었다. 그러나 이 발명은 압연후 미세조직의 제어방법에 있어서, 선재의 제조시 실시하는 공냉법으로는 제어하기가 어렵고 공기대신 염욕 등의 설비가 필요하여 생산성 저하 및 원가상승의 문제가 있다.

이밖에 전체 신선가공량을 감소시키기 위하여 열간압연 선재의 직경을 5.5mm에서 4.5mm 내지 4.0mm 까지 감소시켜 사용하는 방법을 일부 실용화하고 있으나, 원재료 선재의 직경을 감소 시키는 방법은 단가 상승 및 원재료 제조사의 생산성 감소 등의 단점이 있어 사용에 제약이 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고무제품 보강용 극세강선 제조시 열처리 횟수를 줄임으로써 제조비용을 절감하고 단선율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 방법에 따른 극세 강선의 제조방법에 대한 블록도이다.

도2는 본 발명에 따른 극세 강선의 제조방법에 대한 블록도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고무제품 보강용 극세 강선의 제조방법은 탄소함량이 0.8 내지 0.84 wt%이고, 인장강도가 100~110 kg/㎟, 직경 5.0 내지 5.5mm의 열간압연 선재를 직경이 1.0 ~ 2.0 mm가 되도록 1차 신선하여 중간 신선재를 수득하는 단계, 상기 중간 신선재를 통상의 방법으로 열처리(patenting), 금속도금 및 황동도금하는 단계, 및 상기 황동도금된 중간신선재를 직경이 0.2 ~ 0.3 mm가 되도록 2 차 신선하여 인장강도 320 kg/㎟ 이상의 최종 신선재를 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중간신선재의 인장강도는 190kg/mm²이상인 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다.

본 발명은 탄소함량 0.8∼0.84wt%인 하이텐샬 스틸코드용 극세강선의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 우선, 열간 압연 선재 제조시 냉각조 직전 권취(Laying Head) 온도를 약 50∼70℃ 저하시켜 830∼850℃ 로 유지시킨다. 이렇게 함으로써 선재 내부 오스테나이트 입자 크기를 줄인다.

상기 선재 내부의 오스테나이트 입자의 크기는 선재의 인장강도에 영향을 미치는데 온도가 높을수록 오스테나이트 입자의 크기가 커져 인장강도가 올라가며, 상기 온도범위는 적정 인장강도를 유지하기 위한 최적의 온도범위로 이해될 수 있을 것이다.

다음에, 펄라이트 변태구역에서의 송풍량을 50∼60% 감소시켜 냉각속도 하향에 의해 펄라이트 변태시 페라이트/세멘타이트 간격을 조대화시킨다. 이렇게 하면 합금원소 조정 없이 인장강도를 약 100∼110Kg/㎟ 수준까지 하향시킬 수 있어 연성이 증가됨으로써 스틸코드 제조공정중 황동 도금전 신선 가공량을 90∼95% 까지 증대시킬 수 있게 되고 열처리 횟수를 종래에 2 회 실시하던 것을 1회로 줄일 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 있어서, 위와 같이 제조된 열간압연 선재는 종래에는 일단 3.0~3.4mm로 신선되고 페이텐팅 열처리를 거쳐 2차 1.0 ~ 2.0 mm로 신선되던 것을 도2의 블록도에서 보는 바와 같이 1.0 내지 2.0 mm의 강선으로 바로 신선되고, 페이텐팅 열처리, 구리도금, 아연도금, 황동 도금을 거친 뒤 0.2~0.3 mm로 최종적으로 신선된다.

이하에서 본 발명의 구체적인 실시예 및 비교예가 기술되어질 것이나, 이하의 실시예들은 단지 예시를 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어서는 안 될 것이다.

[실시예 1]

하기 표1에 나타난 바와 같이 직경 5.5 mm, 0.82 % 탄소를 함유하고 인장강도가 105Kg/㎟ 인 열간압연 선재를 중간 열처리 없이 12 m/sec 속도로 1.45mm 까지 신선 가공한 후 페이텐팅 열처리 및 황동도금을 실시한 후 13 m/sec 속도로 0.25mm 까지 최종 신선을 행하여 본 발명의 고무제품보강용 강선을 제조하고 그 물성을 평가한 결과를 하기 〔표1〕에 나타내었다.

[실시예 2]

직경 5.5 mm, 0.82 % 탄소를 함유하고 인장강도가 105Kg/㎟ 인 열간압연 선재를 중간 열처리 없이 12 m/sec 속도로 1.23mm 까지 신선 가공한 후 페이텐팅 열처리 및 황동도금을 실시한 후 13 m/sec 속도로 0.20mm 까지 최종 신선을 행하여 본 발명의 고무제품보강용 강선을 제조하고 그 물성을 평가한 결과를 하기〔표1〕에 나타내었다.

[비교예 1]

종래의 방법으로, 직경 5.5 mm, 0.82% 탄소를 함유하고 인장강도가 116Kg/㎟ 인 열간압연 선재를 9m/sec 속도로 3.2mm 까지 신선 가공한후 페이텐팅 열처리를 실시하고 12 m/sec 속도로 1.45mm 까지 신선 가공한 후 페이텐팅 열처리 및 황동도금을 실시한 후 13 m/sec 속도로 0.25mm 까지 최종 신선을 행하여 그 물성을 평가한 결과를 하기 〔표1〕에 나타내었다.

[비교예 2]

종래의 또다른 방법으로, 직경 5.5 mm, 0.82% 탄소를 함유하고 인장강도가 116Kg/㎟ 인 열간압연 선재를 9m/sec 속도로 3.2mm 까지 신선 가공한 후 페이텐팅 열처리를 실시하고 12 m/sec 속도로 1.23mm 까지 신선 가공한 후 페이텐팅 열처리 및 황동도금을 실시한 후 13 m/sec 속도로 0.20mm 까지 최종 신선을 행하여 그물성을 평가한 결과를 하기 〔표1〕에 나타내었다.

본 발명에서 사용한 물성측정방법은 다음과 같다.

1) 인장강도 (Kg/㎟)

인스트론 인장시험기(1Ton) 를 사용하여 측정하였다.

2) 단면감소율 (%)

인스트론 인장시험기 및 마이크로메타를 사용하여 측정하였다.

* 단면감소율 = {(시편의 단면적 - 인장 파단면의 단면적) / 시편의 단면적} ×100

3) 염회 ( 회 / 선재직경의 100배 길이 )

선재 직경의 100배의 길이로 표점거리를 유지 시킨후 한쪽끝은 고정시키고 다른 한쪽끝은 선재 절단강도의 약 2%의 역하중을 유지시킨 회전척에 물려서 한쪽방향으로 120 RPM의 속도로 회전시켜 절단할 때까지의 회전수를 측정하였다.

4) 단선율 (회/Ton)

최종신선 공정 1Ton 생산중 선재가 절단되는 횟수를 평가하였다.

〔표1〕

구분	열간압연선재	중간신선재	퍼텐팅열처리후 황동도금한 선재	최종신선재	비고
	인장강도	단면감소율	인장강도	염회		인장강도	염회	인장강도	염회	단선율
실시예1	105	36	212	36	131	45	328	41	0.06
실시예2	105	36	212	36	131	45	331	39	0.08
비교예1	116	40	177	39	129	47	323	43	0.10
비교예2	116	40	177	39	129	47	329	42	0.13

위 실시예 및 비교예에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 열처리 공정을 1 회 생략하는 등 공정을 대폭 간소화하면서도 인장 강도 및 단선율이 양호한 스틸코드용 강선이 제조되었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 탄소함량이 0.8∼0.84wt%, 직경 5.5mm 인 열간 압연 선재를 냉각속도 조절에 의해 인장강도를 약 100∼110Kg/㎟ 수준까지 하향시킬 경우 스틸코드 제조공정중 황동 도금전 신선 가공량을 90∼95% 까지 증대시킬 수 있으며, 스틸코드용 강선의 제조공정에서 일반적으로 2회 실시되는 열처리 횟수를 1회로 줄일수 있어 공정 단축과 제조비용의 절감이 가능하다. 또한 열처리 생략에 의한 최종 제품 생산 물성에는 차이가 없으며 단선 측면에서는 열처리를 1회 생략으로 내부 조직회복과정에서의 미세한 균열 발생 가능성을 줄임으로써 유리한 결과를 가져온다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 기술되었지만 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가해질 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자에게는 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연하다.

Claims (2)

1. 탄소함량이 0.8 내지 0.84 wt%이고, 인장강도가 100~110 kg/㎟, 직경이 5.0 내지 5.5mm인 열간압연 선재를 직경이 1.0 ~ 2.0 mm가 되도록 1차 신선하여 중간 신선재를 수득하는 단계;

   상기 중간 신선재를 열처리(patenting), 금속도금 및 황동도금하는 단계; 및

   상기 황동도금된 중간신선재를 직경이 0.2 ~ 0.3 mm가 되도록 2차 신선하여 인장강도 320 kg/㎟ 이상의 최종 신선재를 수득하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무제품보강용 극세강선의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중간신선재의 인장강도는 190kg/mm²이상인 것을 특징으로 하는 상기 고무제품보강용 극세강선의 제조방법.