KR20080082362A - Ultra high tensile steel cord for tire - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 소선들의 시차주사열분석 그래프.1 is a differential scanning sequence analysis graph of element wires.
도 2는 본 발명 실시예 1 소선을 보인 것으로,Figure 2 shows the first embodiment of the present invention,
(가)는 황동 도금 후의 조직 사진이고, (A) is the organization photograph after brass plating,
(나)는 최종 습식 신선 후의 조직 사진이다. (B) is a photograph of the tissue after the final wet drawing.
도 3은 본 발명 실시예 1에 대한 비교예 1 소선을 보인 것으로,Figure 3 shows a comparative example 1 wire for Example 1 of the present invention,
(가)는 황동 도금 후의 조직 사진이고, (A) is the organization photograph after brass plating,
(나)는 최종 습식 신선 후의 조직 사진이다. (B) is a photograph of the tissue after the final wet drawing.
도 4는 본 발명 실시예 1에 대한 비교예 2 소선을 보인 것으로,4 is a view showing a wire of Comparative Example 2 according to Example 1 of the present invention;
(가)는 황동 도금 후의 조직 사진이고, (A) is the organization photograph after brass plating,
(나)는 최종 습식 신선 후의 조직 사진이다. (B) is a photograph of the tissue after the final wet drawing.
본 발명은, 탄소와 크롬을 각각 0.80∼2.0wt% 및 0.15∼0.50wt% 함유하고, 인장강도가 3500MPa 이상이며, 연선 작업 시 디라미네이션(delamination) 현상이 없는 소선들로 이루어진 타이어 보강재용 초고강도 스틸 코드와 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention, the ultra-high strength for the tire reinforcement made of the element wire containing 0.80 to 2.0wt% and 0.15 to 0.50wt% of carbon and chromium, the tensile strength is 3500MPa or more, and no delamination phenomenon in the stranded work A steel cord and a method of manufacturing the same.
일반적으로 차량의 타이어 및 공업용 벨트를 비롯한 각종 고무제품의 보강재용으로 사용되는 여러 종류의 보강재 중에서 스틸 코드는 강도, 모듈러스, 내열성, 열전달율, 내피로성, 접착성 등이 타 보강재와 대비시 타이어 보강재의 요구 특성에 가장 적합한 소재로서 특히, 자동차의 증가와 함께 그 사용량 또한 급속히 신장되고 있다.In general, among various kinds of reinforcement materials used for reinforcement of various rubber products including tires of automobiles and industrial belts, steel cords have high strength, modulus, heat resistance, heat transfer rate, fatigue resistance, and adhesiveness. As the most suitable material for the required characteristics, in particular, the amount of use is rapidly increasing with the increase of automobiles.
자동차 타이어 및 공업용 벨트를 비롯한 각종 고무 제품의 보강재용으로 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있는 스틸 코드는 여러 가닥의 가는 강선 즉, 다수의 소선들이 꼬임 구조를 형성하는 소선들의 집합체로서, 상기 소선들은 보통 원형의 단면 형상을 하며, 적어도 한 본 이상의 소선을 심선으로 하여 그 외주면에 다수의 소선들이 적어도 한 층 이상 연선된 즉, 꼬여진 구조이다.Steel cord widely used throughout the industry for reinforcement of various rubber products including automobile tires and industrial belts is a collection of several strands of steel wire, that is, a collection of wires in which a plurality of wires form a twisted structure. It has a cross-sectional shape, and is a twisted structure in which a plurality of wires are stranded at least one layer on its outer circumferential surface with at least one elementary wire as a core wire.
즉, 스틸 코드는, 소재인 와이어 로드의 표면 스케일을 제거하기 위한 산세 처리를 실시한 후 1차 건식 신선, 1차 열처리, 2차 건식 신선, 2차 열처리, 황동도금, 습식 신선 등의 순차적 공정에 의해 소선을 제조하고, 이 소선 다수를 일정한 피치로 꼬는 방식으로 제조되며, 일부 공정들은 스틸 코드의 종류나 작업 여건에 따라 가감될 수도 있다.That is, the steel cord is subjected to pickling treatment to remove the surface scale of the wire rod, which is a material, and then subjected to sequential processes such as primary dry drawing, primary heat treatment, secondary dry drawing, secondary heat treatment, brass plating, and wet drawing. The wire is manufactured by twisting the wire, and a plurality of wires are twisted at a constant pitch, and some processes may be added or subtracted depending on the type of steel cord or working conditions.
이때, 상기 열처리는, 강재를 오스테나이트 구역으로 가열한 상태에서 550℃ 내외의 온도로 유지되고 있는 납 용탕에 침적시켜 항온 변태를 유도한 후 공랭함으로써 매우 조밀한 퍼라이트(perlite) 또는 소르바이트(sorbite) 조직을 얻는 파텐팅(patenting) 열처리가 이용된다.At this time, the heat treatment is a very dense perlite (sorbite) or sorbite by immersing in a molten lead which is maintained at a temperature of about 550 ℃ in the state of heating the steel material to the austenite zone to induce constant temperature transformation and then air-cooled A patting heat treatment to obtain) tissue is used.
상기와 같은 스틸 코드를 구상하는 소선의 인장강도는 최소 2700MPa 정도 되어야 하며, 초고강도 스틸 코드의 경우에는 소선이 3500MPa 이상의 인장강도를 가져야 하는 바, 소선의 인장강도를 증가시킬수록 스틸 코드와 이 스틸 코드가 매입되는 타이어를 더욱 경량화할 수 있으며, 최종적으로는 자동차의 연비를 개선할 수 있게 된다.The tensile strength of the wire which envisions the steel cord as described above should be at least 2700 MPa. In the case of ultra high strength steel cord, the wire should have a tensile strength of 3500 MPa or more. As the tensile strength of the wire increases, the steel cord and the steel The tire in which the cord is embedded can be made lighter, and finally, the fuel efficiency of the car can be improved.
그러나, 스틸 코드의 고강도화 못지 않게 중요한 것은, 신선 가공 시 및 고속의 연선 작업 시 소선의 단선 현상이 발생되지 않아야 한다는 점으로서, 특히, 초고강도 스틸 코드의 경우 소선이 3500MPa 수준의 인장강도를 갖도록 하기 위하여 0.80wt% 이상의 탄소를 함유한 고탄소강에, 가공경화 강화 원소인 크롬이 0.2wt% 정도 첨가된 강재를 소재로 사용하고 있다.No less important than the high strength of steel cords, however, the disconnection of wires should not occur during wire drawing and high speed stranding. In particular, in the case of ultra-high strength steel cords, the wires have a tensile strength of 3500 MPa. For high carbon steels containing 0.80wt% or more of carbon, steel materials containing about 0.2wt% of chromium, which is a work hardening strengthening element, are used as materials.
상기 초고강도 스틸 코드는, 우수한 강도 뿐 아니라, 내열성, 열전단율, 내피로특성 및 고무 접착성 등의 제반 특성들이 우수하여 그 사용량이 날로 증가하고 있으나, 초고강도 스틸 코드는 크롬과 같은 합금 원소가 첨가된 고탄소강을 소재로 사용하는 바, 신선 과정에서 과도한 변형량이 부여되는 경우, 연선 과정에서의 비 틀림 응력에 의해 소선이 갈라지는 디라미네이션 현상이 발생하게 되는 문제가 있다.The ultra-high strength steel cord is not only excellent in strength but also excellent in various properties such as heat resistance, thermal shear rate, fatigue resistance, and rubber adhesiveness, but its usage is increasing day by day, but the ultra-high strength steel cord has an alloying element such as chromium. When the added high carbon steel is used as a material, when an excessive deformation amount is applied in the drawing process, there is a problem in that the delamination of breaking the wire occurs due to incorrect stress in the stranding process.
상기와 같이 초고강도 스틸 코드의 제조를 가로막는 디라미네이션 현상이란, 신선에 의해 가공 변형을 받은 소선이 선의 횡방향 응력(비틀림)을 받으면 길이 방향을 따라 표면 크랙이 발생하게 되고, 이 표면 크랙이 순간적으로 전파되어 신선 중인 선재나 연선 중인 소선에 발생하게 되는 나선형의 파단 불량으로서, 주로, 고탄소강 또는 고합금강이 가혹한 조건으로 가공되거나, 가공 시 발생하는 열에 의해 온도가 과다하게 상승하는 경우 발생하는 것으로 알려져 있다.As described above, the delamination phenomenon that prevents the manufacture of ultra-high strength steel cords means that surface cracks are generated along the longitudinal direction when an element wire subjected to work deformation by drawing is subjected to lateral stress (twist) of the wire, and this surface crack is instantaneous. Spiral fracture failure caused by wires that are propagated in wire rods or stranded wires, which occurs mainly when high-carbon steels or high-alloy steels are processed under severe conditions or when the temperature rises excessively due to heat generated during processing. Known.
그리고, 종래에는, 선재의 강도가 증가함에 따라 가공 시 세멘타이트(cementite) 등의 경한 상 부근에 균열이 발생되면서 소선의 연성이 감소하는 것으로 상기 디라미네이션이 설명되기도 하였는 바, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 선재에 대한 총감면율을 더 이상 증가시키지 않으면서 강도를 증가시키기 위하여 합금 원소를 첨가하였다.In addition, in the related art, since the ductility of the element wire is reduced as cracks are generated in the vicinity of a hard phase such as cementite during machining as the strength of the wire increases, the delamination has been described. In order to increase the strength without increasing the total reduction rate for the wire rods, alloying elements were added.
또한, 다이스 설계 및 윤활제를 적합하게 사용하여 표면 마찰에 의한 선재 표면의 온도 상승을 억제하는 동시에, 다이스의 표면 거칠기를 최소화하여 선재의 표면 조도를 낮추는 방법으로 디라미네이션 현상을 감소시키고자 하였다.In addition, by using a die design and a lubricant appropriately to suppress the temperature rise of the wire surface due to the surface friction, while reducing the surface roughness of the wire by minimizing the surface roughness of the die to reduce the delamination phenomenon.
그러나, 디라미네이션 현상을 방지하거나 감소시키고자 하는 상기의 종래 방법들은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.However, the above conventional methods for preventing or reducing the delamination phenomenon have the following problems.
첫째, 합금 원소를 첨가하여 강도를 증가시키는 경우, 합금 원소의 첨가에 따라 디라미네이션이 발생하는 감면율 한계도 떨어지면서 합금 원소 첨가에 따른 강도 증가 효과가 상쇄된다.First, in the case of increasing the strength by adding an alloying element, the reduction of the limit of reduction rate in which the delamination occurs according to the addition of the alloying element is lowered, and the effect of increasing the strength due to the addition of the alloying element is canceled out.
둘째, 다이스 감면율 및 윤활제를 적정하게 사용하는 경우, 슬립형 신선기에서는 표면 마찰에 의한 선재의 표면 손상 방지를 위하여 조절할 수 있는 다이스 감면율에 한계가 있으며, 다이스 각도를 낮추어 내부 변형을 균일하게 하는 방법은 윤활제 진입을 곤란하게 하여 선재와 다이스 사이의 마찰을 증가시키게 되어 한계가 있다.Second, when the die reduction rate and lubricant are properly used, the slip type drawing machine has a limit on the die reduction rate that can be adjusted to prevent the surface damage of the wire rod by the surface friction, and the method of lowering the die angle to uniform internal deformation is a lubricant. It is difficult to enter, thereby increasing the friction between the wire rod and the die, there is a limit.
셋째, 윤활제의 적정화 및 선재의 표면 조도 하향의 경우, 미세한 효과는 있으나, 디라미네이션 현상의 근본적인 해결 방안은 될 수 없다.Third, in the case of optimizing the lubricant and lowering the surface roughness of the wire rod, there is a slight effect, but cannot be a fundamental solution to the delamination phenomenon.
본 발명은, 제조 과정에서 디라미네이션 현상이 빈번히 발생하게 되는 종래의 초고강도 스틸 코드와 그 제조 방법이 가지고 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 합금 원소를 첨가할 뿐만 아니라 최종 신선 가공량을 증가시켜도 디라미네이션 현상의 발생이 없는 인장강도 3500MPa 이상의 소선 다수가 연선된 초고강도 스틸 코드와 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The present invention was devised to solve the problems of the conventional ultra-high strength steel cord and its manufacturing method, in which a delamination phenomenon frequently occurs in the manufacturing process, and may not only add an alloying element but also increase the final drawing amount. It is an object of the present invention to provide an ultra-high strength steel cord in which a plurality of element wires having a tensile strength of 3500 MPa or more without twisting occurring are stranded.
본 발명의 상기 목적은, 선재의 신선 시 변형량에 따라 다이스 감면 각도와 다이스 감면비를 차등 적용함으로써 달성된다.The above object of the present invention is achieved by differentially applying a die reduction angle and a die reduction ratio in accordance with the amount of deformation during wire drawing.
본 발명의 타이어 보강재용 초고강도 스틸 코드를 구성하는 소선은, 0.80 ∼2.0wt%의 탄소를 함유한 고탄소강에, 0.15∼0.50wt%의 크롬이 함유된 조성을 가지며, 시차주사열분석기(DSC)로 분석 시 80∼120℃ 구간에서 발생하는 피크의 면적이 5.00㎶s/mg 이하가 되도록 최종 신선 조건을 제어함에 기술적 특징이 있다.The element wire constituting the ultra-high strength steel cord for tire reinforcement of the present invention has a composition containing 0.15 to 0.50 wt% of chromium in high carbon steel containing 0.80 to 2.0 wt% of carbon, and differential scanning thermal analyzer (DSC) It is a technical feature to control the final fresh condition so that the area of the peak occurring in the 80 ~ 120 ℃ section during the analysis to 5.00㎶s / mg or less.
상기와 같은 본 발명의 스틸 코드를 구성하는 소선은, 최종 신선 전 파텐팅 열처리 조건에 대한 제어에 의해, 최종 신선되기 전 선재 조직 내 세멘타이트의 크기와 펄라이트의 층간 간격이 조절되며, 열처리 후 최종 신선 가공 조건이 제어됨으로써, 최종 신선 과정이나, 최종 신선 후의 연선 단계에서 디라미내이션 현상이 발생하지 않게 된다.The element wire constituting the steel cord of the present invention as described above, the size of cementite in the wire rod structure and the interlayer spacing of the pearlite before the final drawing is controlled by the control of the pre-finding parting heat treatment conditions, the final after the heat treatment By controlling the drawing processing conditions, delamination does not occur in the final drawing process or in the stranding step after the final drawing.
이때, 열처리에 의해 세멘타이트의 크기와 펄라이트의 층간 간격이 적절히 조절되지 못한 경우, 최종 신선된 소선을 시차주사열분석 시 80∼120℃ 구간에서 발생하는 피크의 면적이 상기 5.00㎶s/mg 을 초과하게 되고, 이러한 경우에는 최종 신선 중인 선재나 연선 과정에서의 소선에서 디라미내이션이 발생하기 쉽다.In this case, when the size of cementite and the interlayer spacing of pearlite are not properly adjusted by heat treatment, the area of the peak occurring at 80 to 120 ° C. in the differential scanning thermal analysis of the final fresh wire is 5.00 μs / mg. In such a case, delamination is likely to occur in the wire drawn in the final drawing or stranding process.
그리고, 본 발명의 스틸 코드를 구성하는 소선에 함유된 탄소와 크롬의 함량 비율을 상기의 범위로 한정한 이유는, 기본적으로, 소선의 인장강도가 3500MPa 이상 되도록 하기 위한 것으로, 탄소의 함량이 0.80wt%에 미치지 못하면 인장강도가 부족하게 되기 쉬우며, 2.0wt%를 초과하면 선재가 지나치게 경하여 신선 또는 연선 시 단선 빈도가 현저히 증가하게 될 뿐 아니라, 과잉의 탄화물 형성에 의해 단선 발생율을 높이게 되는데, 더욱 바람직한 함량 범위는 0.9∼1.3wt% 이다.The reason why the content ratio of carbon and chromium contained in the element wire constituting the steel cord of the present invention is limited to the above range is basically to make the tensile strength of the element wire be 3500 MPa or more, and the carbon content is 0.80. If the wt% is not reached, the tensile strength is likely to be insufficient. If the wt% is exceeded, the wire rod is too hard to significantly increase the frequency of disconnection during drawing or stranding, and increases the occurrence rate of disconnection due to excessive carbide formation. More preferred content range is 0.9-1.3 wt%.
또한, 크롬은, 대표적인 가공경화 강화 원소로서, 그 함량이 0.15wt% 미만인 경우에는 탄소 함량이 부족한 경우와 같이 인장강도가 부족하게 되고, 0.40wt%를 초과하는 경우에는 기지 내에 석출된 과잉의 고경도 크롬 탄화물이 열처리 시 확산에 의해서도 기지 내로 고용되지 못하면서 신선이나 연선 시 단선을 초래하게 되는데, 더욱 바람직한 함량 범위는 0.20∼0.30wt% 이다.In addition, chromium is a representative work hardening strengthening element. When the content is less than 0.15 wt%, the tensile strength is insufficient as in the case where the carbon content is insufficient, and when the content is more than 0.40 wt%, the excess high diameter precipitated in the base Doro chromium carbide is not dissolved in the matrix even by the diffusion during heat treatment, causing the wire to break when drawn or stranded, more preferred content range is 0.20 to 0.30wt%.
상기와 같은 조성을 갖는 본 발명의 스틸 코드를 구성하는 소선은 크게 탄소강으로서, 탄소와 크롬 외의 성분들은 일반적인 탄소강의 성분 범위를 따른다.The element wire constituting the steel cord of the present invention having the above composition is largely carbon steel, and components other than carbon and chromium follow the component range of general carbon steel.
그리고, 최종 신선된 소선에 대한 시차주사열분석 시 80∼120℃ 구간에서 발생하는 피크의 면적을 5.00㎶s/mg 이하로 한정한 것은, 열처리 직후의 선재를 분석하지 않고도 최종 신선까지 완료된 소선을 대상으로 디라미내이션 발생 정도를 간단히 파악할 수 있도록 하기 위한 것이다.In the differential scanning thermal analysis of the final drawn wire, the area of the peak occurring in the 80 to 120 ° C section is limited to 5.00 μs / mg or less. This is to make it easy to grasp the degree of delamination.
즉, 파텐팅 열처리를 실시한 선재는 미세 펄라이트 조직을 갖게 되는데, 펄라이트를 구성하는 세멘타이트의 두께와 펄라이트의 층간 간격에 따라 열처리 후 실시되는 최종 신선이나 연선 중 디라미내이션이 발생하거나 발생하지 않게 되는 바, 디라미내이션 현상이 발생되지 않도록 하기 위해서는 최종 신선 전 파텐팅 열처리 조건을 조절하여 선재의 펄라이트 조직을 이루는 세멘타이트 두께가 40∼60nm, 펄라이트의 층간 간격이 70∼100nm 범위 내에 있도록 하는 것이 바람직하며, 이러한 경우, 최종 신선 조건을 결합함으로써, 최종 신선된 소선을 시차주사열분석 시 피크의 면적이 5.00㎶s/mg 이하로 나타나게 된다.In other words, the wire rod subjected to the parting heat treatment has a fine pearlite structure, and according to the thickness of cementite constituting the pearlite and the interlayer spacing of the pearlite, the delamination may not occur or occur during the final drawing or stranding. In order to prevent the delamination phenomenon, the cementation thickness of cementite forming the pearlite structure of the wire rod is adjusted to 40 to 60 nm, and the interlayer spacing of pearlite is within the range of 70 to 100 nm by adjusting the pre-finding parting heat treatment condition. Preferably, in this case, by combining the final drawing conditions, the area of the peak in the differential scanning sequence analysis of the final fresh wires appears to be 5.00 μs / mg or less.
이때, 열처리가 실시된 선재의 세멘타이트 두께와 펄라이트의 층간 간격이 각각 40nm 및 70nm에 미치지 못하면, 이하에서 설명될 신선 중 세멘타이트에서 탄소가 분해되면서 구형 세멘타이트가 형성되어 신선성과 연선성이 저하되며, 세멘타 이트 두께와 펄라이트의 층간 간격이 각각 60nm 및 100nm를 초과하는 경우에는 크기가 커진 세멘타이트의 취성에 의해 역시 신선성과 연선성이 떨어지게 된다. At this time, if the cementite thickness of the heat-treated wire rod and the interlayer spacing of pearlite are less than 40 nm and 70 nm, respectively, spherical cementite is formed as carbon is decomposed from cementite among the wires to be described below, thereby reducing freshness and ductility. When the cementite thickness and the interlayer spacing of pearlite exceed 60 nm and 100 nm, respectively, the brittleness of the enlarged cementite also decreases freshness and ductility.
특히, 소선 조직 내에 구형 세멘타이트가 존재하게 되면 세멘타이트와 페라이트 사이의 계면 에너지가 증가하게 되고, 이 경계부에 공공, 보이드 등의 결함이 생기게 되는데, 이러한 내부 결함에 의해 응력의 집중 현상이 초래됨으로써 최대 응력 전에 균열이 전파되는 것을 억제하지 못하게 되면서 디라미네이션 현상을 초래하게 된다.In particular, the presence of spherical cementite in elementary wire structure increases the interfacial energy between cementite and ferrite, and causes defects such as voids and voids at the boundary, which causes stress concentration. The failure to suppress the propagation of the crack before the maximum stress results in delamination.
즉, 선재를 가혹한 조건으로 신선 가공하게 되는 경우, 신선 중 선재 조직 내에 생성되는 구형 세멘타이트가 디라미네이션 발생에 대한 주요 인자로 작용하게 된다.In other words, when the wire rod is drawn in harsh conditions, spherical cementite produced in the wire rod tissue in the wire rod acts as a major factor for the occurrence of delamination.
그리고, 적절한 펄라이트 층간 간격은, 신선된 소선의 동적 시효가 발생하는 온도에서 탄소 분해 거동을 시차주사열분석기로 분석하여 파악할 수 있는데, 시차주사열분석 시 80∼120℃ 구간에서 나타나는 피크는, 탄소의 재분해 즉, 세멘타이트 내에 침입형으로 존재하는 탄소가 페라이트 영역으로 전이됨으로써 발생하게 되는 동적 시효와 연관이 있으며, 이 피크의 면적이 크면 세멘타이트의 재분해가 활발히 일어나는 것으로 판단할 수 있다.In addition, an appropriate perlite interlayer spacing can be determined by analyzing a carbon decomposition behavior at a temperature at which dynamic aging of fresh wires occurs, using a differential scanning thermal analyzer. It is related to the dynamic aging caused by the re-decomposition of, that is, the transition of carbon present in the cementite into the ferrite region. If the peak area is large, it can be determined that the re-decomposition of cementite takes place.
따라서, 피크의 면적이 5.00㎶s/mg 이하인 펄라이트 조직에서는 세멘타이트의 재분해가 어렵기 때문에 디라미네이션 현상이 일어나지 않게 되는 바, 단선 발생 없이 초고강도 소선을 제조할 수 있다.Therefore, in a pearlite structure having a peak area of 5.00 μs / mg or less, re-decomposition of cementite is difficult, so that no delamination occurs. Thus, ultra-high strength wire can be produced without breaking wires.
그리고, 상기와 같은 펄라이트 조직을 얻기 위해서는 최종 신선 전의 파텐팅 뿐만 아니라, 이 파텐팅에 의해 얻어진 조직을 변형시키게 되는 최종 습식 신선 조건의 제어가 중요한 바, 이를 위하여 "델타 파라메타"가 활용된다.In addition, in order to obtain such a pearlite structure, not only the parting before the final drawing, but also the control of the final wet drawing condition that deforms the structure obtained by the parting is important. For this, the "delta parameter" is used.
상기 델타 파라멘타는, 다이스 감면 각도와 다이스 감면비 사이의 관계식으로 정의되는 파라메타로써, 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.The delta parameter is a parameter defined by the relation between the die reduction angle and the die reduction ratio, and is expressed as in Equation 1 below.
여기서, "Δ"는 델타 파라메타, "α"는 라디안(radian)으로의 다이스 반각,Where "Δ" is the delta parameter, "α" is the dice half angle in radians,
"γ"는 다이스 감면율. "γ" is a die reduction rate.
상기 수학식 1로 표현되는 델타 파라메타를 변형량 범위에 따라 변화되도록 다이스 반각과 다이스 감면율을 조절하게 되는 바, 변형량이 0.75 미만인 경우에는 델타 파라메타를 3.0 에서 1.5 로 감소시키며, 변형량이 0.75∼2.25 인 경우에는 델타 파라메타를 1.5 로 유지하고, 변형량이 2.25 를 초과하는 경우에는 델타 파라메타를 1.6에서 3.0 으로 점차 증가시키게 된다.The die half angle and the die reduction rate are adjusted to change the delta parameter represented by Equation 1 according to the deformation amount range. When the deformation amount is less than 0.75, the delta parameter is decreased from 3.0 to 1.5, and the deformation amount is 0.75 to 2.25. The delta parameter is maintained at 1.5 and the delta parameter is gradually increased from 1.6 to 3.0 when the strain exceeds 2.25.
그리고, 상기와 같이 델타 파라메타가 조절되도록 최종 신선을 실시함으로써, 신선 시 소성 가공에 의해 수반되는 메탈 플로우(metal flow)가 균일하게 이루어지도록 하는 동시에, 신선 중인 선재의 표면 온도를 180℃ 이하로 관리할 수 있게 되는데, 최종 신선 시 선재의 표면 온도가 180℃를 초과하게 되면, 신선 중 세멘타이트의 분해가 촉진된다.In addition, by performing final drawing to adjust the delta parameter as described above, the metal flow accompanying the plastic working during drawing is made uniform, and at the same time, the surface temperature of the wire being drawn is controlled to 180 ° C or lower. If the surface temperature of the wire rod in the final drawing exceeds 180 ℃, the decomposition of cementite in the drawing is promoted.
즉, 일반적으로 최종 습식 신전은 10패스 이상으로 이루어지는데, 예를 들어, 10패스의 신선 가공을 한다고 가정하면, 1∼3패스를 첫번째 단계, 4∼7패스를 두번째 단계, 8∼10패스를 세번째 단계로 구분하고, 첫번째 단계의 각 패스별 변형량은 0.75 미만으로, 두번째 단계의 각 패스별 변형량은 0.75∼2.25 사이로, 세번째 단계의 각 패스별 변형량은 2.25 를 초과하도록 신선 패스 스케줄을 결정한다.That is, in general, the final wet temple is composed of 10 or more passes. For example, assuming 10 passes of fresh processing, 1 to 3 passes for the first stage, 4 to 7 passes for the second stage, and 8 to 10 passes. In the third step, the fresh pass schedule is determined such that the deformation amount of each pass of the first step is less than 0.75, the deformation amount of each pass of the second step is between 0.75 and 2.25, and the deformation amount of each pass of the third step is more than 2.25.
그리고, 첫번째 단계에서는 패스가 진행함에 따라 첫 패스의 델타 파라메타를 3.0 으로 한 후 매 패스별로 델타 파라메타를 축소하여 첫번째 단계의 마지막 패스에서 1.5 까지 감소되도록 하고, 두번째 단계에서는 첫 패스에서 마지막 패스까지 각 패스별 델타 파라메타를 1.5 로 유지되도록 하며, 세번째 단계에서는 패스가 진행함에 따라 각 패스별 델타 파라메타를 1.6 에서 3.0 으로 증가시키도록 한다.In the first stage, as the pass progresses, the delta parameter of the first pass is set to 3.0, and then the delta parameter is reduced for each pass so that it is reduced to 1.5 from the last pass of the first pass. Keep the delta parameters for each pass at 1.5, and in the third step, increase the delta parameters for each pass from 1.6 to 3.0 as the pass progresses.
이때, 상기 변형량은 다음의 수학식 2와 같다.In this case, the deformation amount is equal to the following equation (2).
여기서, ε은 변형량, D1은 다이스 인입 선경, D2는 다이스 인출 선경.Here, ε is deformation amount, D 1 is die lead wire diameter, and D 2 is die lead wire diameter.
상기와 같은 방법으로 최종 습식 신선 가공을 실시하게 되면, 변형량이 0.75 이하인 첫번째 단계에서는 신선 방향을 따라 불규칙하게 존재하는 콜로니들이 [001] 방향으로 회전하면서 펄라이트가 재배열되는 바, 첫번째 단계에서의 각 패스별 델타 파라메타를 점차적으로 낮춤으로써 펄라이트의 재배열을 촉진할 수 있게 된다.When the final wet drawing process is performed in the same manner as described above, in the first step having a deformation amount of 0.75 or less, the pearlite is rearranged as the colonies existing irregularly along the fresh direction rotate in the [001] direction. By gradually lowering the delta parameters per pass, it is possible to promote rearrangement of pearlite.
그리고, 중간 변형량인 0.76∼2.25 구간에서는 신선축과 평행한 콜로니의 세멘타이트가 소성 변형에 의해 얇아지게 되는 동시에, 펄라이트의 층간 간격 또한 좁아지게 되고, 신선 방향과 수직한 콜로니 역시 소성 변형에 의해 얇은 세멘타이트와 미세한 펄라이트로 변화하게 되는 바, 각 패스별 델타 파라메타를 1.5 수준으로 유지함으로써 선재의 내부까지 소성 변형이 균일하게 이루어지도록 할 수 있게 된다.In the intermediate strain of 0.76 to 2.25, the cementite of the colony parallel to the fresh axis is thinned by plastic deformation, and the interlayer spacing of pearlite is also narrowed. As the cementite and the fine pearlite are changed, the delta parameter of each pass is maintained at a level of 1.5, so that the plastic deformation can be uniformly performed to the inside of the wire rod.
또한, 변형량이 2.25를 초과하는 구간에서는 수직한 콜로니도 모두 [001] 방향으로 재배열되면서 변형이 완료되는 바, 각 패스별 델타 파라메타를 높여 기계 감면율과의 차이를 최소화함으로써 신선콘과 선재의 마찰에 의해 발생할 수 있는 선재의 표면 손상을 최소화하면서 열에 의해 선재의 취성이 증가하게 되는 것을 방지하게 된다.In addition, in the section where the amount of deformation exceeds 2.25, all of the vertical colonies are rearranged in the direction of [001] so that the deformation is completed. By increasing the delta parameter for each pass, the friction between the fresh cone and the wire is minimized by minimizing the difference with the mechanical reduction rate. This prevents the brittleness of the wire rod from increasing due to heat while minimizing the surface damage of the wire rod that may be caused by the wire rod.
상기와 같은 본 발명 스틸 코드의 특성에 대하여 다음의 실시예를 통하여 살펴보기로 한다.The characteristics of the present invention steel cord as described above will be described through the following examples.
실시예Example
탄소 1.02wt%, 크롬 0.20wt%를 함유한 직경 5.5mm의 와이어 로드를 산세한 다음 직경 3.05mm 로 1차 신선한 후 페이턴팅 열처리를 실시한 상태에서 직경 1.47mm 로 2차 신선하였다.A wire rod having a diameter of 5.5 mm containing 1.02 wt% of carbon and 0.20 wt% of chromium was pickled, and then freshly prepared at a diameter of 3.05 mm and then freshly drawn at a diameter of 1.47 mm with a patented heat treatment.
온도가 서로 다른 납용탕을 사용하여 2차 신선된 선재에 각각 페이턴팅 열처리 및 황동도금 후 각 조직 내의 세멘타이트 두께와 펄라이트 층간 간격 및 최종 습식 신선 후 세멘타이트 두께와 펄라이트 층간 간격을 각각 측정하였는 바, 그 결과는 다음과 같으며, 각각의 조직 사진을 도 2 내지 4에 나타내었다.(페이턴팅 열처리 조직은 황동도금에 의해 거의 변화되지 않는다.)Cementite thickness and pearlite interlayer spacing in each tissue were measured after the secondary heat treatment and brass plating on the lead wires with different temperatures, respectively, and the cementite thickness and pearlite interlayer spacing after final wet drawing were measured. The results are as follows, and the respective tissue photographs are shown in FIGS. 2 to 4. (The patterning heat treatment structure is hardly changed by brass plating.)
상기 표 1의 실시예 1 선재만이 열처리 후의 세멘타이트 두께와 펄라이트 층간 간격이 기준에 부합되고 있다.Only Example 1 wire rod of Table 1 meets the criteria of cementite thickness and pearlite interlayer spacing after heat treatment.
그리고, 상기의 실시예 1의 선재와 비교예 1, 2의 선재를 황동 도금 후 각각을 직경 0.18mm까지 최종 습식 신선하였는 바, 최종 습식 신선에 의해 세멘타이트의 두께와 펄라이트 층간 간격이 작아졌음을 상기 표 1로부터 확인할 수 있다.In addition, after the copper plating of the wire rod of Example 1 and the wire rods of Comparative Examples 1 and 2, respectively, was finally wet drawn to a diameter of 0.18 mm, the final wet wire reduced the thickness of cementite and the spacing between pearlite layers. It can be confirmed from Table 1 above.
이때, 상기 실시예 1과 비교예 1의 선재는, 전술한 최종 신선 방법과 같이, 구간별 델타 파라메타를 다르게 하여 신선하였다.At this time, the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1 were drawn with different delta parameters for each section as in the final drawing method described above.
상기 비교예 2의 선재 중의 하나(이하 표 2의 "비교예 2" 소선)는, 상기 실시예 1과 비교예 1의 선재와 같이, 구간별 델타 파라메타를 다르게 하여 신선하였으며, 다른 하나(이하 표 2의 "비교예 3" 소선)는, 종래의 신선 방법과 같이, 구간별 감면량을 동일하게 하여 신선하였다.One of the wire rods of Comparative Example 2 (hereinafter referred to as "Comparative Example 2" element wire of Table 2), as in the wire rods of Example 1 and Comparative Example 1, was drawn with different delta parameters for each section, the other one (Table below) 2 "comparative example 3" wire | wire) was wired in the same manner as the conventional wire drawing method, by reducing the amount of reduction | deduction for each section.
상기와 같이 최종 신선한 각 소선에 대하여 기계적 특성을 조사하였으며, 실시예 1의 소선과 비교예 1, 2의 소선에 대하여 시차주사열분석을 실시하였는 바, 그 결과는 다음의 표 2 및 도 1과 같다.The mechanical properties of the final fresh wires were examined as described above, and differential scanning sequence analysis was performed on the wires of Example 1 and the wires of Comparative Examples 1 and 2, and the results are shown in Table 2 and FIG. same.
* 상기 헌터(Hunter) 피로치는 피로 하중을 1550MPa 로 하여 실험한 결과임.* Hunter fatigue value is the result of experiment with fatigue load as 1550MPa.
* 상기 피크면적은 시차주사열분석기로 분석 시 80∼120℃ 구간에서 나타나* The peak area appears in the range of 80 ~ 120 ℃ when analyzed by differential scanning sequence analyzer
는 피크의 면적임. Is the area of the peak.
상기 표 1과 2를 살펴보면, 세멘타이트의 두께와 펄라이트 층간 간격의 기준에 부합된 실시예 1의 선재를 최종 신선한 경우에만 디라미내이션이 발생하지 않았으며, 실시예 1의 선재를 최종 신선한 소선만이 시차주사열분석 시의 피크 면적 기군에 부합되고, 피로 특성 역시 가장 우수한 것으로 나타났음을 알 수 있다.Referring to Tables 1 and 2, delamination did not occur only when the wire rod of Example 1, which met the criteria of the thickness of cementite and the perlite interlayer spacing, was fresh, and the wire rod of Example 1 was finally fresh. Only the peak area group in the differential scanning sequence analysis was found, and the fatigue characteristics were found to be the best.
상기 표 2의 각 소선을 3본씩 연선하여 스틸 코드를 제조하였는 바, 각 스틸 코드의 기계적 성질은 다음의 표 3과 같다.The steel cord was manufactured by stranding each of the three wires of Table 2, and the mechanical properties of each steel cord are shown in Table 3 below.
* 상기 3롤 피로치는 피로 하중을 3.3kgf 로 하여 실험한 결과임.* The 3 roll fatigue value is the result of experiment with the fatigue load 3.3kgf.
상기의 표 3을 살펴보면, 본 발명의 실시예 1 소선으로 연선한 스틸 코드의 경우 비교에 1이나 비교예 2에 비하여 연선 시의 단선 발생율이 극히 적음을 알 수 있으며, 비교예 3 소선의 경우에는 연선이 불가하였다.Looking at Table 3, it can be seen that in the case of the steel cord stranded by the wire of Example 1 of the present invention, the occurrence rate of disconnection at the time of stranded wire is extremely low compared to 1 or Comparative Example 2, and in the case of Comparative Example 3 wire The twisted pair was impossible.
이때, 동일한 파텐팅이 실시된 상태에서 최종 연선 조건만이 다른 비교예 2, 3의 두 소선에서, 비교예 3 소선만이 연선 불가능한 이유는 신선 조건에 따른 것으로, 이는 최종 시선 시 구간별로 델타 파라메타를 다르게 적용하는 방법으로 신선하여야만 한다는 것을 의미한다.In this case, in the two wires of Comparative Examples 2 and 3 in which only the final twisted wire conditions are different while the same parting is performed, the reason why only the wires of Comparative Example 3 cannot be stranded depends on the fresh wire condition. Means that it must be fresh in a different way.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 스틸 코드는, 이를 구성하는 소선들 이 최종 신선될 때 변형량 구간별로 델타 파라메타가 차등 적용되기 때문에 합금원소의 첨가나 가혹한 가공량에도 불구하고 신선이나 연선 시 디라미네이션 현상이 방지 또는 최소화됨으로써 기계적 특성이 우수할 뿐 아니라, 생산성이 높아 제조 원가 절감이 가능하며, 3500MPa 이상의 소선드로 연선된 초고강도 스틸 코드의 상업적 생산이 가능하기 때문에 향 후 타이어 경량화와 자동차의 연비 개선에 상당한 효과가 있을 것으로 기대된다.As described above, in the steel cord of the present invention, since the delta parameter is differentially applied for each deformation amount section when the wires constituting the wire are finally drawn, the delamination at the time of drawing or stranding despite the addition of alloying elements or harsh processing amount. By preventing or minimizing the phenomenon, not only the mechanical properties are excellent, but also the productivity is high, which reduces the manufacturing cost, and the commercial production of ultra-high strength steel cords wired with small wires of 3500 MPa or more enables future tire weight reduction and improved fuel economy of the automobile. It is expected to have a significant effect on.
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