KR20120120721A - 소우 와이어 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 이러한 과제를 해결하여, 세선이면서도 강도와 강성을 높이고, 피로 파단의 억제 및 내식성 향상에 의한 장수명화를 도모할 수 있는 소우 와이어와 그 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 소우 와이어는, 금속 세선으로 이루어지는 코어재의 표면에, 피복재를 통해 입자상의 절단 지립을 고착한 입자 고정형의 소우 와이어로서, 상기 코어재는, 질량%로 C: 0.05?0.15, Si: ≤2.0, Mn: ≤3.0, Ni: 6.0?9.5, Cr: 16.0?19.0, 및 N: 0.005?0.25를 포함하고, 2C+N이 0.17%?0.40%로 조정되며, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강선으로 구성되고, 인장 강도(σ): 2500?3500 MPa이며, 그 인장 시험에 있어서 응력-변형 선도의 탄성 비례역의 변형량(E1)과, 그 파단까지의 전체 변형량(E0)과의 비율(α)(=(E1/E0)×100)이 45% 이상인 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 소우 와이어다.

Description

소우 와이어 및 그 제조 방법{SAW WIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체용 실리콘이나 세라믹, 사파이어 등의 무기성 재료나, 고자성용 재료로서 이용되는 네오디뮴 합금 등의 희토류 금속과 같이, 경질이며 고취성인 여러 재료의 절단 가공에 사용되고, 절단 효율이 우수하며 고수명화를 도모한 소우 와이어와 그 제조 방법에 관한 것이다.

와이어 소우(와이어 공구라고도 함)에 의한 절단 작업은, 종래부터, 예컨대 반도체용 실리콘 웨이퍼나 LED 용도에 있어서 사파이어 등 이외에도, 세라믹이나 석재와 같이, 경질이고 취성 특성이 큰 난가공재의 절단 가공에 이용되고 있다. 그 기구는, 예컨대 도 6에 도시하는 바와 같이, 피아노선 등의 금속제 코어선(W)의 표면에 경질인 다이아몬드 등의 미세 지립(P)을 고착한 소우 와이어(TW)를, 워크롤(R) 사이에 소정 폭의 피치 간격으로 걸쳐 놓고, 고속 주행시킴으로써 피절단물(G)을 물리적으로 절단하는 것으로, 그 절단 효율이나 내구성, 절단면의 평활성 향상 등의 관점에서 여러 가지의 고안이나 개발이 이루어져 왔다.

이러한 절단용 미세 지립이 표면에 고착된 지립 고정형 소우 와이어는, 그 절단성이나 작업성, 조작성이 우수하고, 종래의 유리(遊離) 지립형의 와이어 공구를 대신하는 것으로서 주류를 이루고 있다. 또한, 그 작업은 상기 실리콘이나 사파이어 등 비교적 고가의 피절단물(G)을 대상으로 하고, 또한 그 형상도 대형이기 때문에, 상기 소우 와이어는, 절단 작업 중에 단선(斷線)이 일어나지 않고, 그 절단 폭을 가능한 한 좁게 하도록, 그 코어선에, 예컨대 선 직경 0.1?0.5 ㎜ 정도이고 고강도인 금속 선재가 이용되고 있다.

즉, 절단 작업중에 소우 와이어가 단선되면, 기계를 정지시키고 재차 복잡하게 와이어를 걸쳐 놓아야 한다. 또한 소우 와이어가 단선되면, 피절단물(G)의 단선 전후의 절단면에 단차 등의 상태 변화가 발생하여, 절단면의 평활성이 저해되고, 그 복원 연마에 많은 시간이 걸린다. 또한 이러한 복원이 곤란한 경우, 피절단물 자체가 폐기된다. 따라서, 상기 소우 와이어에는, 절단 효율과 함께 장수명화라는 특성이 요구되고 있다.

또한, 소우 와이어의 새로운 용도예로서, 예컨대 강력 자석용의 금속 재료인 네오디뮴 합금 등의 희토류 합금, 예컨대 R-Fe-B계 희토류 소결 자석(합금)의 절단용이 제안되어 있다. 일례로서, 네오디뮴(Nd), 철(Fe) 및 붕소(B)를 주성분으로 하는 Nd2Fe14B 금속간 화합물로 이루어지는 딱딱한 주상(主相)(철이 풍부한 상)과, Nd이 풍부한 점성이 있는 입계상을 갖는 희토류 소결 합금이, 강력 자석용(통칭 「네오디뮴 자석」)으로서 알려져 있다.

이 네오디뮴 자석은, 예컨대 소정 조성의 합금 분말을 블록형으로 열간 압출 성형하여 가압 소결로 제조되는 것으로, 그 경도는 HRc75 이상의 매우 경질이며 고취성 특성을 갖는다. 이 때문에 네오디뮴 자석은, 통상의 기계 가공이 곤란하고, 상기 소우 와이어에 의한 절단 가공이 다용되고 있다. 관련 문헌에는 다음의 것이 있다.

일본 특허 공개 평성07-96454호 공보 일본 특허 공개 평성10-138114호 공보 일본 특허 공개 제2007-203393호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1에 의한 와이어 공구는, 그 코어재로서 고(高) C의 피아노선 등 경강선을 이용하여 구성되는 것으로, 강도 특성은 우수하지만 피로 수명이 뒤떨어지고, 또한 내식성도 낮기 때문에, 장수명화는 얻기 어렵다. 즉, 상기 피아노선은 냉간 신선(伸線) 전의 패턴팅 처리에서 발생한 펄라이트 조직을 가공 경화하는 것에 의해 고강도화된 것으로, 스프링 등과 같은 용도에서는 정적 강도가 우수하지만, 본원의 소우 와이어와 같이 항상 큰 장력을 부하하면서 롤 사이를 연속 주행하고, 과혹한 고속 주행을 하는 소우 와이어의 코어재로서는, 피로 수명이 충분하다고 할 수 없다.

또한, 피아노선은 상기 금속 조직에 의해 외계의 영향을 받는 감수성이 비교적 강하다. 이 때문에, 예컨대 뒤에 행해지는 니켈 도금 처리에서 발생하는 수소 가스의 흡장(吸藏)에 의한 수소 취성이나, 절단시에 공급되는 액상 냉각재에 의한 내식성에의 영향도 염려된다. 따라서, 이러한 피아노선은, 지립을 고착하는 금속 도금층과의 밀착성이나, 도금 박리, 균열 발생의 관점에서 충분한 것이라고 하기 어렵다.

한편, 특허문헌 2에 기재된 비정질 합금선이나 특허문헌 3의 Co기 합금선을 코어재로 하는 것은, 소직경화의 가공성이나 표면 Ni 도금과의 밀착성이나, 재료 가격의 영향도 있어 충분한 보급에는 이르지 않는다. 특히 상기 비정질 합금선의 강도 특성은, 상기 피아노선 이상으로 저인성(低靭性)이기 때문에, 본 발명이 대상으로 하는 고강도?고수명화를 만족시키는 소우 와이어에는 부적합하다.

또한, 상기 소우 와이어에 의한 절단 작업에서는, 예컨대 도 7에 도시되는 바와 같이, 피절단물(W)이 2개의 워크롤(R, R) 사이에 배치되고, 소우 와이어(S)의 굵기도 0.2 ㎜ 정도의 세선(細線)이기 때문에, 휨(h)이 발생하여 피절단물(W)에의 강고한 압박을 할 수 없어, 결과적으로 절단 효율이 저하되기 쉽다. 이와 같이, 상기 코어재에는 이러한 과혹한 사용 상태에 견딜 수 있는 고강도 특성과 함께, 적정 탄성, 인성이 우수하여 피로 파단을 억제하는 특성이 요구되고 있다.

또한, 이들 특성은, 예컨대 고착 지립을 포함하는 표면 전체를 덮는 상기 Ni 도금의 금속 피복재를, 절단 작업의 조기 단계에서 마멸시키고, 그 내부의 미세 지립의 노출을 앞당기는 것에도 기여하기 때문에, 이러한 관점에서도 코어선의 특성 개선에 의해, 드레싱 처리 등의 전처리를 생략할 수 있는 소우 와이어가 요구되고 있다.

본 발명은, 이러한 종래의 과제를 해결하여, 세선이면서도 고강도화와 적절한 탄성 특성에 의해, 피로 파단을 억제하여 장수명화를 도모하고 내식성을 향상시킨 소우 와이어와 그 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본원 청구항 1에 따른 발명은, 긴 금속 세선으로 이루어지는 코어재의 표면에, 피복재를 통해 입자상의 절단 지립을 고착한 입자 고정형의 소우 와이어로서,

상기 코어재는, 질량%로

C: 0.05?0.15

Si: ≤2.0

Mn: ≤3.0

Ni: 6.0?9.5

Cr: 16.0?19.0 및

N: 0.005?0.25를 포함하고 2C+N이 0.15%?0.40%이며,

잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강선이고,

또한 상기 코어재는, 인장 강도(σ)가 2500?3500 MPa이며, 그 인장 시험에 있어서 응력-변형 선도의 탄성 비례역의 변형량(E1)과, 그 파단까지의 전체 변형량(E0)의 탄성 비율(α)(={(E1/E0)×100})이 45% 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 2에 따른 발명은, 상기 코어재는, 하기 (Ⅰ), (Ⅱ) 및 (Ⅲ) 중 1종 이상의 제3 원소를 더 함유하는 것인 청구항 1에 기재된 소우 와이어이다.

(Ⅰ): Al, Nb, Ti, Ta, Zr 중 1종 이상을 각각 0.01?0.30%

(Ⅱ): V: 0.10?0.5%

(Ⅲ): Mo: 0.2?2.0% 또는 Cu: 0.15?0.8% 중 1종 이상

또한, 청구항 3에 따른 발명은, 상기 코어재가, 다음 식 M값이 5%?28%인 청구항 1 또는 2에 기재된 소우 와이어이다.

M=16C+2Mn+9Ni-3Cr+8Mo+15N

또한 청구항 4에 따른 발명은, 상기 코어재는 30%?90%의 마르텐사이트량을 갖는 청구항 1?청구항 3 중 어느 하나에 기재된 소우 와이어이다.

또한 본 발명의 소우 와이어의 제조 방법으로서, 청구항 8에 따른 발명은, 금속 세선으로 이루어지는 코어재의 표면에, 피복재를 통해 입자상의 절단 지립을 고착한 입자 고정형 소우 와이어를 제조하는 방법으로서,

ㄱ) 질량%로

C: 0.05?0.15

Si: ≤2.0

Mn: ≤3.0

Ni: 6.0?10.0

Cr: 16.0?19.0 및

N: 0.005?0.25를 포함하고, 2C+N를 0.15%?0.40%로 조정하며, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강선을 준비하는 준비 단계와,

ㄴ) 상기 강선을 가공률 85% 이상에서 냉간 신선 가공하여, 긴 스테인리스강 세선으로 만드는 가공 단계와,

ㄷ) 이 스테인리스강 세선을, 온도 300?600℃에서 역장력을 부가하면서 저온 어닐링 처리하여, 인장 강도(σ): 2500?3500 MPa이며, 그 인장 시험에서의 응력-변형 선도의 탄성 비례역의 변형량(E1)과, 그 파단까지의 전체 변형량(E0)의 탄성 비율(α)(={(E1/E0)×100})이 45% 이상인 특성을 갖는 상기 코어재를 얻는 열처리 단계와,

ㄹ) 또한 상기 지립이 현탁된 금속 도금액 속에서 상기 코어재를 전착(電着) 처리하여, 코어재의 표면상에 상기 지립을 소정 분포 밀도로 고착하는 고착 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소우 와이어의 제조 방법.

본원 청구항 1에 따른 발명은, 지립이 고착되는 코어재가, 고 C이며 N를 함유하는 오스테나이트계 스테인리스강선으로 구성되고, 그 특성으로서 높은 인장 강도를 가지면서도, 적절한 탄성 비율(α)에 의해, 세선이면서도, 사용 상태에서의 높은 장력 부하에 견디며, 과혹한 고속 주행과 연관된 내피로 특성이 향상된다.

또한, 코어재는 상기 조성의 오스테나이트계 스테인리스강선으로 구성되기 때문에, 표면상에 지립을 고착하는 금속 도금 등의 피복재와의 밀착성을 저하시키지 않고, 그 사용시나 보관시 등에서의 부식 환경하에서도 충분히 내식성을 가지며, 장수명화가 달성된다.

또한 청구항 2 내지 5의 발명에서는, 상기 코어재의 특성을 향상시켜 보다 안정된 소우 와이어를 제공할 수 있고, 절단 효율의 향상에 기여한다. 또한 청구항 6 및 7의 발명에 의하면, 상기 지립을 코어재에 의해 강고히 고착하여, 사용에 수반되는 지립의 탈락이 방지되고, 소우 와이어의 절단 성능을 높일 수 있다.

한편, 제조 방법에 관한 청구항 8?11의 발명에 의하면, 보다 고강도이며 가공 변형을 해소하여 조직적으로 안정화된 코어재로 만들어, 이후의 도금 처리나 소우 와이어로서 사용할 때의 조작성, 작업성을 양호하게 하여 작업 효율의 향상에 기여한다.

도 1은 본 발명의 소우 와이어의 한 형태를 확대하여 도시하는 정면도.
도 2는 그 확대 횡단면도.
도 3은 본 발명에 따른 코어재의 응력-변형 특성의 그래프의 일례.
도 4는 절단 성능을 비교한 실험 결과를 도시하는 그래프의 일례.
도 5는 코어재의 저온 어닐링 온도에 수반되는 인장 특성의 변화를 도시하는 선도.
도 6은 소우 와이어에 의한 절단 상태를 도시하는 개요도.
도 7은 워크롤 사이에 걸쳐 놓은 소우 와이어의 휨 상태를 설명하는 상태도.

이하, 본 발명의 소우 와이어의 바람직한 한 형태를 그 제조 방법과 함께 설명한다.

도 1은 본 발명의 소우 와이어(1)의 일부를 박리하여 확대한 정면도이고, 또한 도 2는 그 횡단면을 도시하고 있다. 도 1과 도 2에 있어서, 소우 와이어(1)는, 긴 금속 세선(2A)으로 이루어지는 코어재(2)와, 상기 코어재(2)의 표면에 고루 부착된 연삭용 지립(4)을 구비하고, 상기 지립(4)은, 코어재(2) 표면상에 형성된 금속 도금의 피복층(3)에 의한 전착 처리에 의해 간접적으로 고착되어 있다.

상기 코어재(2)는, 본 발명에서는 소정 화학 조성(후기)을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강선으로 구성되고, 2500?3500 MPa의 인장 강도(σ)를 갖는 고강도 특성과, 도 3에 도시되는 바와 같이, 인장 시험에서의 응력-변형 선도에서, 그 탄성 비례역의 변형량(E1)과, 파단까지의 전체 변형량(E0)과의 비율, 즉 (E1/E0)×100에 의한 탄성 비율(α)이 45% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 코어재(2)의 치수 및 형상에 대해서는, 피절단물의 종류, 크기, 작업 조건 등에 따라 여러 가지로 설정 가능하지만, 예컨대 선 직경 0.1?0.8 ㎜ 정도의 단면 원형의 단일선이 다용된다. 통상, 필요 이상으로 대직경화하면 고가인 피절단물의 절단폭이 넓어져 수율이 저하된다. 또한 코어재의 유연성이 손상되어, 파단의 위험성이 높아질 우려가 있다. 또한, 세경(細徑)의 코어재의 경우에는, 절단 공정중 부하 장력에 견딜 수 없어, 강도 부족에 의해 단선되는 등 효율적인 작업을 하기가 어렵다. 이러한 관점에서, 코어재(2)에는, 바람직하게는 선 직경 0.2?0.35 ㎜ 정도의 세선이 바람직하게 이용된다. 또한 코어재(2)에는, 예컨대 복수의 세선을 하나로 꼰 연선(撚線)이나, 단면 형상이 원형상이 아닌, 예컨대 평선을 비틀어 가공한 염선(捻線)이 이용되어도 좋다.

코어재(2)는, 화학 성분으로서, 질량%로 C: 0.05?0.15, Si: ≤2.0, Mn: ≤3.0, Ni: 6.0?9.5, Cr: 16.0?19.0 및 N: 0.005?0.25를 포함하며 2C+N이 0.17%?0.40%로 조정되고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 고 C이고 N 첨가형의 오스테나이트계 스테인리스강선으로 구성된다. 즉, 상기 C 및 N의 침입형 원소가 가져오는 우수한 인장 강도와 결정의 미세화가 얻어진다. 또한, 상기 탄성 비율(α)을 높이는 것에 의해, 사용시의 장력이나 반복 피로에 견딜 수 있는 인성이 얻어져, 소우 와이어의 효율을 높일 수 있다.

여기서, 상기 스테인리스강선에서의 각 화학 성분의 함유량의 설정 이유를 설명한다.

[C: 0.05?0.15%]

C는 N와 함께 오스테나이트의 형성 원소로서, 가공시 강도 및 탄성 특성을 향상시킨다. 그 효과는 0.05% 이상의 첨가로 현저해지지만, 0.15%를 초과하는 양을 첨가하면, 그 결정립계에 유해한 탄화물을 생성하여 내식성 저하를 초래한다. 따라서 C는, 보다 바람직하게는 0.06%?0.13%로 한다.

[Si: 2.0% 이하]

Si는 탈산제로서 첨가되고, 그 함유에 의해 강도, 탄성 한도 및 내산화성이 향상된다. 그러나 다량으로 첨가하면, 반대로 인성이 저하되는 문제가 있다. 이 때문에 Si는 2.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.3%?1.6%로 한다.

[Mn: 3.0% 이하]

Mn은, Si와 마찬가지로 정련시의 탈산제로서 사용되지만, 오스테나이트계 스테인리스강에서는, 오스테나이트상(γ)의 상 안정성에도 기여한다. 또한 Mn은 고가인 Ni의 사용을 억제하고, N 원소의 고용(固溶) 한도를 높이는 효과가 있지만, 다량의 함유는 코어재의 강성 저하 및 재료 가격의 상승을 초래한다. 이 때문에 Mn은 3.0% 이하로 하고, 더 바람직하게는 0.2%?1.8%로 할 필요가 있다.

[Ni: 6.0?9.5%]

Ni은, 오스테나이트계 스테인리스강의 기본 원소의 하나로서, 오스테나이트의 안정화를 도모하고, 내식성 향상에 불가결인 원소이다. 또한 Ni은 가공에 수반하는 마르텐사이트의 생성을 억제하고, 다량의 N 고용량(固溶量)을 높여 비자성을 갖는 효과를 갖는다. 이러한 관점에서, 적어도 6.0% 이상으로 한다. 그러나, Ni은 매우 고가이며, 다량의 첨가는 강성을 저하시키기 때문에 9.5% 이하로 하고, 바람직하게는 6.3%?8.5%로 한다.

[Cr: 16.0?19.0%]

Cr도 상기 Ni과 마찬가지로 스테인리스강의 기본 원소로서, 내식성을 향상시키기 위해서는 16.0% 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 다량의 Cr은, 상기 C, N와의 화합물을 형성하여 인성을 저하시키기 때문에, 19.0% 이하로 하지만, 바람직하게는 17.0%?18.5%로 한다.

[N: 0.005?0.25%]

N는, C와 마찬가지로 오스테나이트의 형성 원소로서, 또한 침입형이기도 하기 때문에 고용(固溶)에 의해 강도를 향상시키고, 특히 결정립의 미세화에 의해 항복 응력을 높여 강성률을 상승시킨다. 그러나, 다량 첨가하면 질소 화합물이 생성되어 특성 저하나 가공성의 저해가 초래되고, 가공 수율 및 비용 상승이 초래된다. 따라서, N의 양은 0.005%?0.25%로 하고, 더 바람직하게는 0.03%?0.20%로 한다.

또한 본 발명에서는, 상기 조성에 있어서 다양한 성분 조정이나 제3 원소의 첨가에 의해 그 특성 향상을 도모할 수도 있다. 그 하나로, 예컨대 상기 C와 N의 관계로서 2C+N의 양을 0.17%?0.40%로 함으로써, 강성과 인성의 밸런스를 적절히 맞춰, 절단성을 높이면서 장수명화를 도모할 수 있다. 즉, 2C+N의 양이 0.17% 미만이면, 충분한 강도 향상이나 고탄성화를 기대할 수 없게 되고, 반대로 0.40%를 초과하면, 화합물을 생성시켜 염회(捻回)?인성을 저하시키고, 과혹한 고속 주행에서 사용되는 소우 와이어의 경우 내피로 특성 저하를 초래하여, 수명 저하가 염려된다. 이러한 관점에서, 2C+N의 양은 0.18%?0.32%로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 조성의 보다 바람직한 형태로서, 예컨대 다음과 같이 조정된 스테인리스강이 장려된다.

질량%로 C: 0.08?0.13, Si: 0.50?1.00, Mn: 0.20?0.80, Ni: 7.5?8.5, Cr: 17.0?19.0 및 N: 0.1?0.20을 포함하고, 상기 2C+N를 0.20%?0.40%로 조정하며, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강선이 장려된다. 또한 본 발명은, 상기 기본 조성에 추가로, 다음의 (Ⅰ), (Ⅱ), (Ⅲ) 중 1종 이상의 제3 원소를 더 함유한 스테인리스강선으로 구성되는 것도 바람직하다.

(Ⅰ): [Nb, Al, Ti, Ta, Zr 중 1종 이상을 각각 0.01%?0.30%]

Nb, Al, Ti, Ta, Zr은 강선의 열처리 후의 오스테나이트상을 안정적으로 미세화시켜, 인성 향상을 가능하게 한다. 그 효과는, 상기 각 어느 1종 또는 2종 이상을 각각 0.01% 이상 함유함으로써 발휘되고, 반대로 0.30%를 초과하는 정도 함유하여도, 그 효과는 포화되어, 오히려 비용 상승이 된다. 이 경우, 이들 첨가 원소의 합계량은 0.6% 이하가 바람직하고, 특히 Nb 및 Al은 열간 가공성을 더 향상시키며, 그 내부에 미세한 화합물 입자를 석출 경화시킴으로써 고강도화할 수 있어, 그 중 어느 하나 또는 양자 모두의 유용성은 큰 것이다.

(Ⅱ): [V: 0.10%?0.5%]

V는, 상기 Al이나 Nb 등과 마찬가지로 미세한 탄?질화물을 형성하고, 오스테나이트 결정립을 안정적으로 미세화시켜 인성을 향상시키는 것으로, 0.1% 이상의 첨가가 바람직하다. 그러나, 0.5%를 초과해도 그 효과는 포화되기 때문에, 그 상한을 0.5%로 한다.

(Ⅲ): [C: Mo: 0.2%?2.0% 또는 Cu: 0.15%?0.8% 중 1종 이상]

Mo은 내식성을 향상시키며, 0.2% 이상의 첨가가 허용된다. 그러나, 2.0%를 초과하면 탄성률이 감소하기 때문에, 상한을 2.0%로 한다. 보다 바람직하게는 0.25%?0.70%로 한다. 또한, Cu는 그 첨가에 의해 가공 경화가 억제되고, 탄성 특성의 개선에 기여하기 때문에, 그 분량을 0.15%?0.8%로 한다.

또한, 상기 각 기본 원소의 조성 조정으로서, 다음 식 M값을 5%?28%로 조정함으로써, 강성률을 향상시키는 것도 바람직하다.

M=16C+2Mn+9Ni-3Cr+8Mo+15N

상기 M값은, 그 제조 과정에서 강성률에 미치는 각 원소의 영향을 조사한 결과에 기초하는 것으로, 상기 조성의 스테인리스강에서는 5% 이상의 값을 갖지만, 이 M값이 28%를 초과하게 되면 상기 소우 와이어의 코어재(2)로서의 강성률이 충분하다고 하기 어렵다. 이러한 관점에서, 상기 M값은, 보다 바람직하게는 10%?26%로 설정된다.

코어재(2)는, 이와 같이 조정된 조성의 스테인리스강으로 구성되고, 그 잔부는 Fe 및 약간의 P, S, O, H 등의 불가피 불순물의 함유가 허용되며, 그 불순물의 합계 분량은 예컨대 0.8% 이하 정도로 설정되는 것이 바람직하다.

또한 코어재는, 그 바람직한 특성으로서, 인장 강도: 2500?3500 MPa의 고강도 특성을 갖고, 그 인장 시험에서의 상기 탄성 비율(α)이 45% 이상을 갖는 것이 된다.

상기 인장 강도는, 예컨대 JIS-Z2241 「금속 재료 인장 시험 방법」으로 측정된다. 인장 강도가 2500 MPa 미만인 코어재의 경우, 소우 와이어를 고속 주행시키는 상태에서는, 피절단물의 절단 효율을 높이기 위한 장력에 의해 단선될 위험성이 증가하고, 반대로 3500 MPa를 초과하는 고강도 코어재의 경우, 피로 파단이 생기기 쉽다. 특히, 상기 인장 강도는, 보다 바람직하게는 2800 MPa 초과 3300 MPa 미만으로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 코어재(2)에 전술한 바와 같은 고강도 특성을 갖게 하기 위해서는, 예컨대 상기한 화학 성분으로 조정된 스테인리스강선을 가공률 85% 이상에서 냉간 신선 가공하여 소정 마무리선 직경으로 만든 후, 추가로 이것을 온도 300?600℃ 정도, 바람직하게는 350?550℃, 더 바람직하게는 380?500℃의 온도 조건으로 저온 어닐링(템퍼링 처리)을 함으로써 달성된다. 이 저온 어닐링 처리는, 상기 신선 가공에서 생긴 가공 변형을 해소하여 내부 응력을 억제하면서, 인장 강도나 내력, 염회 특성을 높이고 킹크(kink)의 발생을 억제한다. 또한, 이 템퍼링 처리는 마르텐사이트량을 높이는 효과를 가지며, 지립의 착자 효과를 촉진한다.

즉, 출원인이 검증한 시험 결과에 의하면, 상기 화학 성분의 스테인리스강 세선을 전술한 조건으로 저온 어닐링 처리하면, 신선 가공만을 행한 것에 비해, 인장 강도 및 내력 등의 강도 특성의 경우 약 10% 정도 향상되고, 염회 특성은 2배 이상, 또한 마르텐사이트양도 수% 정도의 특성 향상이 보였다. 또한 저온 어닐링 처리하면, 킹크 시험에서도 파손이 생기지 않고, 유용한 작용?효과가 얻어진다.

여기서, 상기 염회 특성은, 예컨대 JIS-G4314에 규정되는 스테인리스강선의 비틀림 시험 방법으로 구해지는 바와 같이, 그 표점(標點)간 거리는 그 측정용 코어재의 선 직경×200배로 하고, 이완이 생기지 않을 정도의 장력, 예컨대 0.2% 내력 이하의 하중을 부가한 상태에서, 그 한쪽 끝을 비틀림 회전시켰을 때의, 비틀림 파단되기까지의 횟수로 구해진다. 더 바람직하게는, 코어재(2)의 경우 50?80회 정도의 염회 특성을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상기 마르텐사이트량은, 그 생성에 의해 코어재(2)의 특성 강화가 도모되고, 고강도 및 고탄성 특성을 가질 수 있게 되도록, 상기 가공 조건에 따라 예컨대 30%?90%, 바람직하게는 50%?80%로 설정된다. 또한 이러한 마르텐사이트량을 갖는 코어재(2)는, 예컨대 그 표면에 후술하는 금속을 피복한 지립을 전착 처리로 고착하는 경우, 코어재(2)를 여자(勵磁)시켜 보다 많은 지립을 착자시키는 효과가 얻어진다. 또한 마르텐사이트량의 측정에는, 예컨대 X선 회절에 의한 피크 강도로부터 구하는 방법, 직류 자화 측정 장치에 의한 포화 자속 밀도에 의해 구하는 방법 이외에도, 페라이트 측정기에 의한 방법 등도 이용 가능하며, 여러 방법으로 측정할 수 있다.

전술한 특성은, 예컨대 코어재(2)의 인장 시험에서의 응력과 변형량과의 관계(응력-변형선)를 도시하는 도 3과 같이, 그 탄성 비례역의 변형량(E1)이 그 전체 변형량(E0)의 45% 이상인 탄성 비율(α)이 얻어진다. 여기서, 상기 변형량(E1)은, 직선형의 탄성역의 비례 직선(기준선 y)으로부터 이격되기 시작하는 점이다. 한편, 전체 변형량(E0)은, 코어재가 인장 파단되었을 때의 전체 변형량이다. 또한 탄성 비율(α)(%)은 계산식 (E1/E0)×100으로부터 얻어진다.

통상, 오스테나이트계 스테인리스강선은, 그 신선 가공에 의해 가공 경화되어, 그 강도가 비약적으로 높아지는 반면, 파단 신장률이 저하되는 것이 알려져 있다. 이 특성은, 예컨대 도 3의 파선(비교예 재료 a)으로 볼 수 있는 바와 같이, 응력과 변형이 비례적으로 변화하는 탄성역의 E1'점을 지나면, 응력의 증가율은 약간 감소하여 이윽고 파단점 E0'에 이르지만, E1'까지가 E0'에서 차지하는 비율은 비교적 작고, 45%를 초과하는 것은 얻어지지 않는다.

이와 같이, 냉간 신선 가공으로 고강도화된 오스테나이트계 스테인리스강선의 상기 탄성 비율(α)이 45% 미만인 경우에는, 그 전체 변형량에서 차지하는 탄성 영역이 적기 때문에, 고속 주행이나 역회전 주행을 수반하는 소우 와이어의 코어재(2)에는 적합하지 않고, 파단이나 소성 변형을 발생시키는 등 수명 저하의 원인이 되기 쉽다. 그래서, 본 실시형태의 코어재(2)는, 상기 화학 성분의 조정과 함께, 상기 조건에서의 저온 어닐링 처리를 실시함으로써 상기 탄성 비율(α)을 더 높여, 탄성 영역의 확대에 의해 상기 과혹한 사용에 견딜 수 있는 특성을 갖는 소우 와이어의 제공을 가능하게 하고 있다. 그러나, 상기 탄성 비율(α)을 100%까지 완전히 높이기 위해서는 고도의 조정 기술이 수반되어야 한다. 이 때문에, 탄성 비율(α)은, 바람직하게는 50%?85%, 더 바람직하게는 55%?70%로 설정되는 것이 좋다.

또한, 이와 같이 증대된 인장 강도와 탄성 비율(α)을 갖는 코어재(2)로 구성된 소우 와이어(1)는, 사용시 순간적인 하중 부하가 수반되는 경우에도, 보다 넓은 영역 내에서의 탄성 회복이 가능해져, 그 적용 범위가 확대될 수 있다.

이러한 특성은, 상기 화학 성분으로 조정된 오스테나이트계 스테인리스강선을 원재료로 하고, 이것에 상기 조건에서의 냉간 신선 가공과 저온 어닐링 처리를 실시함으로써 달성하지만, 더 바람직하게는 신선 가공의 가공률은 93%?97%로 한다. 또한 저온 어닐링 처리로는, 예컨대 Ar 가스 등 무산화 분위기 속에서 0.1?30초 정도, 바람직하게는 √[가열 온도(℃)×가열 시간(초)]의 값을 40?80의 범위로 하여, 단시간 처리가 가능한 스트랜드 방식의 가열 처리에 의한 것이 적합하게 채용된다. 또한 그 경우, 예컨대 코어재의 0.2% 내력 이하의 역장력(백 텐션)을 부가한 상태로 하여 가열 처리함으로써, 신선 가공시에 생긴 선의 특이점이나 가공 변형이 해소되어, 예컨대 50/500 ㎜ 이하 정도까지 높인 진직성을 갖춘 코어재로 하는 것도 바람직하다. 이 소우 와이어에 의하면, 와이어 소우 장치에 걸쳐 놓는 복잡한 작업을 용이해질 뿐만 아니라, 피절단면의 평활성이 높아지는 등의 효과가 얻어질 수 있다.

본 발명의 소우 와이어(1)는, 상기 코어재(2)에 연삭용 지립(4)을 소정 분포 밀도로 고착하여 구성된다. 상기 지립(4)에는, 예컨대 10?50 ㎛ 정도의 미세한 평균 입자 직경을 갖는 입자상의 다이아몬드, 사파이어, 루비, 탄화규소, cBN(질화붕소) 등 경질 무기재료제의 미세 입자가 이용된다. 이들 지립(4)은 통상 단면 비원형의 부정형 뿔 형상 내지 기둥 형상을 이루기 때문에, 그 평균 입자 직경은, 예컨대 소정 메시를 단계적으로 변화시킨 복수의 적층 체망기에서, 분급(分級)되는 상하 망체의 눈을 평균화한 값으로 구할 수 있고, 그 밖에 예컨대 마이크로트랙제(US HRA-2) 레이저 회절 산란광에 의한 측정법에 의한 값, 더 나아가서는 임의로 선정한 복수의 입자에 각각 투과시켜, 각 입자의 최대 직경과 최소 직경과의 평균값을 그 측정 개수로 나눈 모집단의 평균값으로 나타내는 방법으로 구할 수도 있다.

또한, 상기 다이아몬드 입자는, 매우 경질이고 그 형상도 예리한 볼록부를 갖는 부정형 형상이기 때문에, 예컨대 실리콘 웨이퍼, LED용 사파이어 등의 절단용으로서 폭넓은 피절단 재료에 이용된다. 한편, 상기 cBN 지립은, 특히 열적 안정성이 우수하기 때문에, 예컨대 네오디뮴 등 희토류 합금과 같은 경질이며 고취성인 금속 재료를 절단하는 소우 와이어에 바람직하게 이용된다. 이들 지립(4)의 분포량이나 분포 상태에 대해서는 특별히 한정되는 것이 아니며, 절단 재료의 종류, 절단 작업 조건에 따라 임의로 설정된다.

지립(4)의 고착 방법으로서는, 예컨대 상기 코어재(2)의 표면상에 피복 결합재(3)를 마련하는 것을 통한 간접 고착법이 바람직하다. 결합재(3)는, 예컨대 수지계의 접착제 이외에도, 예컨대 니켈 도금, 아연 도금, 구리 도금 등의 금속 피복에 의한 전착 도금 처리가 장려된다. 특히 상기 금속 도금에 의하면, 상기 지립(4)이 확실하고 강고하게 고착되어, 코어재(2)와 강고하게 밀착될 수 있다.

또한 금속 피복재에 의한 경우, 그 성막 두께는 예컨대 5?30 ㎛로 균일하도록 조정되고, 예컨대 스트랜드 방식으로의 연속 전착 도금 방법이 바람직하게 채용된다. 이 경우, 1회의 도금 처리로 소정 두께로 만드는 것은 비효율적이고, 또한 도금 상태도 편차가 커져 균일하고 양호한 도금 상태를 얻기 어렵기 때문에, 통상은 복수회로 나눈 적층 도금법이 바람직하다.

도 1의 형태는, 이러한 적층 도금법에 의한 것으로서, 상기 코어재(2)의 신선 가공시 윤활의 역할도 겸하는 하지 도금층(3a)에, 복수의 제2 금속 도금층(3b…)을 더 덧붙일 수 있다. 이 경우, 상기 지립(4)은, 상기 제2 금속 도금층(3b)의 제조막과 동시에 고착되도록, 각 도금욕 속에 각각 소정 농도의 상기 지립(4)을 현탁시켜 전착함으로써 덧붙여진다.

이러한 적층 도금법에 의하면, 각 도금층(3a, 3b)을 비교적 얇게 형성하여 양호한 도금 상태를 얻고, 또한 하지 도금층(3a)은 그 후의 신선 가공시의 다이스에 의한 강압 작용이나, 가공열에 수반되는 확산 현상에 의해 코어재(2)와의 일체화가 도모되어, 박리 등의 문제를 막을 수 있다. 또한, 상기 하지 도금층(3a)과 상기 제2 금속 도금층(3b)을 각각 강화 결합할 수 있는 상성(相性)이 좋은 금속(예컨대 동종 금속)이 선택되는 것이 바람직하고, 두꺼운 도금이면서도 층 박리나 크랙, 핀홀 등이 잘 생기지 않는 양호한 도금 상태가 가능해진다.

보다 바람직한 적층 도금 구조로서, 예컨대 두께 5 ㎛ 이하 정도의 구리 도금을 하지 도금층(3a)으로 하고, 그 위에 상기 지립(4)을 혼재시킨 니켈 도금을 제2 도금층(3b1, 3b2…)으로 하며, 또한 이들 지립(4)을 포함하는 전체면을 동종 니켈 도금으로 피포(被包)하는 제3 도금층(도시 생략)으로 형성할 수도 있다. 또한, 특히 상기 하지 도금층(3a)의 구리 도금은, 코어재(2)인 상기 스테인리스강선과의 친화성이 우수하고, 또한 유연하기 때문에 도금층의 박리를 방지할 수 있는 점에서 바람직하다.

지립(4)은, 상기 냉간 신선 및 저온 어닐링 처리에 의해 소직경화되고, 특성 향상된 상기 코어재(2)의 전체면에 대략 고르게 분포되어 고착된다. 지립(4)의 분포 밀도는, 예컨대 소우 와이어의 길이 1 m당 5000?100000개 정도로 설정된다. 또한 필요하다면, 상기 지립(4)은 미리 그 표면을 두께가 아주 얇은 Ni막이나 TiC막으로 피포한 피복 지립으로서 이용될 뿐만 아니라, 예컨대 일본 특허 공개 평성09-254008호 공보에 개시된 바와 같이 코어재(2)의 길이 방향을 따라 부분적으로 밀도 변화시키거나, 스파이럴형으로 분포시킴으로써, 예컨대 절단 작업시의 절단용 냉각재액의 배출 성능을 높이는 것도 바람직하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태의 일례를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 각 청구항의 기재 범위 내에서 다양하게 변경할 수 있다.

실시예

[시험예 1]

[코어재의 특성]

본 발명의 실시예로서, 표 1에 기재된 선 직경 0.8 ㎜의 11종의 스테인리스강 연질선(실시예 재료 A 내지 K)을 준비하고, 이 연질선에 각각 두께 2 ㎛의 하지 Cu 도금을 피복하여, 이 하지 도금층을 윤활제로 하는 냉간 신선 가공을 행하고, 선 직경 0.18 ㎜의 경질 세선을 얻었다. 이 신선 가공은 다이아몬드 다이스에 의한 연속 습식 신선기에 의한 것으로, 그 가공률은 95%에 상당하고, 표면상태는 표면 거칠기(Ra) 0.05?0.10 ㎛ 정도의 매우 광휘(光輝)하고 평활한 것이었다. 또한 각 시료는 모두 하지 도금층의 박리 등은 보이지 않고 양호했다.

다음에, 상기 신선 가공된 실시예 재료 A 내지 K의 각 세선에 대해, 각각 Ar 분위기에서 조정된 온도 400℃×10초로의 저온 어닐링 처리를 스트랜드 방식으로 행하였다. 이것에 의해 얻어진 각 처리 선재의 각 특성을 표 2에 나타낸다. 또한 본 발명의 비교예 재료로서는, 상기 실시예 재료 A에서 저온 어닐링 처리 전의 것(비교예 재료 a), 신선 가공 후에 저온 처리한 SUS304(비교예 재료 b), 동일하게 저온 처리한 SUS316(비교예 재료 c), 시판되는 소우 와이어인 0.8%의 C를 포함하는 피아노선(비교예 재료 d)을 더 이용하였다.

표 2에는, 얻어진 코어재의 인장 강도, 신장 및 그 인장 시험에서의 탄성 비율(α)과 함께, 가공 유기(誘起) 마르텐사이트량 및 염회값의 각 특성이 나타나 있다. 상기 인장 강도와 신장 특성은 JIS-Z2241에 의한 인장 시험으로 행하고, 또한 상기 탄성 비율(α)에 대해서는, 그 인장 시험에서의 응력-변형 선도로부터, 비례 기준선(y)으로부터 괴리되는 실질적인 비례역(E1)과 그 파단까지의 전체 변형량(E0)과의 관계에 의한 상기 계산식으로 산출하였다. 이 비율이 큰 것일수록, 보다 넓은 탄성 범위를 갖기 때문에, 장력 부하를 높일 수 있고, 강성 상승에 의해 절단 작업의 효율화에 기여한다.

또한, 가공 유기 마르텐사이트량은, 상기 직류 자화 특성의 측정 장치에 의한 포화 자속 밀도로부터 구했다. 또한, 염회값은 각 세선을 각각 비틀림 시험기에 표점간 거리 36 ㎜로 세팅하고, 그 일단측을 회전시켜 비틀림 파단할 때까지의 꼬임 횟수로 평가되고 있고, 이 꼬임 횟수가 큰 것일수록, 인성이 우수한 것을 의미한다.

표 2의 결과로 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 재료의 각 스테인리스강선은, 모두 상기 인장 강도가 2900?3200 MPa 정도의 고강도이고 자성을 가지며, 염회값 50?65회/m로 우수한 인성을 갖추고 있다. 또한 실시예 재료는, 탄성 비율(α)에 대해서도 48% 이상의 특성을 갖는 것이었다. 이러한 특성은 비교예 재료 a?c의 스테인리스강선의 특성을 크게 능가하는, 종래 재료의 피아노선에 의한 비교예 d에 가까운 특성이었다.

이 중에서, 특히 실시예 재료 A와 비교예 재료 a는, 동일 재료에 대해서 저온 어닐링 처리의 유무에 의한 특성 비교가 가능하다. 도 3에, 제3 원소를 더 첨가한 효과를 보여주기 위해, Al, Nb을 첨가한 실시예 재료 F의 세선재에 있어서 인장 시험의 응력과 변형과의 관계인 응력-변형 선도가 도시되어 있다.

이들 결과에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 상기 저온 어닐링 처리를 행한 것에서는, 전체의 신장 특성은 약간 감소하지만, 그 이상으로 인장 강도가 향상되고, 그 탄성 비율(α)도 약 20% 정도 향상되고 있다. 또한 제3 원소를 첨가한 실시예 재료 F는, 그 특성이 보다 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 도면 중 가는 파선은 비교예 재료 a를 신선 가공한 것의 특성이고, 굵은 실선은 이에 저온 어닐링 처리를 더 실시한 실시예 재료 A이며, 일점 쇄선은 제3 원소를 더 첨가한 실시예 재료 F이고, 비교예 재료에 비해 향상된 특성이 확인된다.

따라서, 이와 같이 탄성 비율(α)을 향상시킨 코어재를 이용한 소우 와이어의 경우, 보다 넓은 탄성 영역 내에서 보다 높은 장력 부하로 걸쳐 놓고 사용할 수 있기 때문에, 이완 등을 발생시키지 않는 고부하의 절단 작업을 피절단물에 대하여 행할 수 있고, 절단 효율을 높일 수 있다. 특히, 상기 제3 원소를 첨가한 실시예 재료 F의 우위성이 확인된다.

또한, 본 시험에 의하면 상기 탄성 비율(α)의 증대와 함께, 가공 유기 마르텐사이트량이 30%?58% 정도로 되어, 신선 가공에서의 가공 변형이 해소되고 조직적인 안정화가 도모되었기 때문에, 염회 특성이 50?66회인 인성 특성이 얻어져, 반복 피로에 대한 수명 향상에 기여하는 결과로 나타났다. 또한 상기 세선재의 직선성은 예컨대 5?50 ㎜/L=500 ㎜ 정도까지 개선되어, 취급성, 조작성이 우수한 것이 되었다.

[시험예 2]

[코어재의 내식성]

다음에, 상기 각 실시예 재료 및 비교예 재료의 내식성을 평가하기 위해, 일단 그 표면 피막을 제거한 코어재에 대해서, 각각 JIS-G0573에 의한 부식 시험을 다음의 조건으로 행하였다. 그 측정 결과는 상기한 표 2에 병기되어 있다.

시험 방법 시험 용액 속에서의 부식 감량의 비교

시험 용액 65% 질산 용액

시험 조건 비등시킨 시험 용액 속에 48시간 침지

평가 방법 ○ 양호(부식 감량 1 ㎍/m²?h 미만)

△ 약간 양호(부식 감량 10 ㎍/m²?h 미만)

× 불가(부식 감량 10 ㎍/m²?h 이상)

이 부식 시험에 의하면, 각 실시예 재료는 비교적 양호한 내식성을 가지며, 비교예 재료 d의 피아노선에 비해서는 각별한 우위성을 갖는 것이었다. 따라서, 만일 표면 전착 도금층을 통해 외계 분위기가 전달되어도, 코어재 자체의 내식성에 의해 도금층 박리나 녹 발생을 방지할 수 있다.

[시험예 3]

[소우 와이어의 킹크 시험]

상기 실시예 재료 A, F, J 및 비교예 재료 a, b의 각 스테인리스강선, 비교예 재료 d의 피아노선을 각각 소우 와이어의 코어재로 하여, 평균 입경 30 ㎛의 다이아몬드 지립을 현탁한 Ni 도금조를 이용해 그 표면에 전착하였다. 또한, 상기 스테인리스강제의 각 코어재의 표면에 상기 Cu 금속의 하지 도금층을, 또한 피아노선에는 브라스 도금을 실시하였다. 다음에, 각 코어재는, 유기산 용제로 예비 세정하여 청정화하고, 설파민산니켈에 의한 전해 도금법으로 제2층째의 니켈 도금을 더 실시하였다. 이 도금에 의해, 다이아몬드 지립이 소정 밀도의 분포 상태로 코어재(2) 표면에 고착되고, 그 분포 밀도는 모두 대략 고르게 28,000?32,000개/m가 되도록 조정되었다. 또한, 상기 니켈 도금층의 피막 두께는 15 ㎛?25 ㎛였다.

이렇게 하여 도금 처리된 소우 와이어에 대해, 도금층의 밀착성에 대해서 킹크 시험에 의한 박리 시험을 행하고, 도금 상태를 확인하였다. 킹크 시험은, 상기 소우 와이어를 그 선 직경의 선재에 감았을 때의 도금 표면의 상태를 확대 현미경으로 관찰하는 것이다. 시험 결과, 특별히 염려되는 층 박리나 균열 등은 보이지 않았다. 또한, 양호한 도금 상태에서, 고착 지립의 탈락 등은 거의 보이지 않고, 상기 니켈 도금층에 의해, 지립이 강고히 고착되어 있는 것이 확인되었다.

[시험예 4]

[소우 와이어의 절단 성능]

다음에, 상기에서 얻어진 각 소우 와이어에 대해서, 그 절단 성능을 평가하기 위해, 도 6과 같이 시판되는 와이어 소우 절단 장치에 절단 피치(T) 3 ㎜ 간격으로 걸쳐 놓고, 피절단물인 사파이어제 잉곳(직경 6인치×길이 100 ㎜의 둥근 막대)에 대하여, 수용성 냉각재를 공급하면서 다음 조건으로 절단 시험을 행하였다.

부하 장력 20?40 N(목표 35 N),

소우 와이어의 주행 속도 800 m/min

피절단물의 이송 속도 10 ㎜/h

이 시험에서는, 코어재의 특성 비교의 관점에서, 부하 장력 20?50 N의 조건설정으로, 피절단물의 절단 소요 시간과 단선의 유무로 평가를 행하였다. 본 발명에 따른 실시예 재료의 소우 와이어는, 피절단물을 12?24시간 정도에서 절단 완료하고, 단선 등도 없으며, 수명적으로도 충분한 특성을 갖는 것이 확인되었다. 이것은, 종래 타입의 피아노선에 의한 소우 와이어와 동등하다. 한편, 비교예 재료 a 및 b에서는, 스테인리스강선을 이용하고 있지만, 비교예 재료 a에서는 반복 피로에 의한 단선, 또한 비교예 재료 b에서는 강도 부족에 의한 절단 시간의 증대가 수반되어, 모두 상기 실시예 재료를 초과하는 특성은 얻어지지 않았다.

또한, 이들 절단 작업 후의 소우 와이어에 대해서, 습도 30%의 보관실 내에 1주일 보관한 후 표면 관찰을 행한 바, 본 실시예 재료 소우 와이어에서는 특별히 부식 등의 결함은 확인되지 않았다. 이에 비하여, 피아노선형 소우 와이어에서는 면적률로서 10% 정도의 녹 발생이 확인되며, 이 점에서 본 발명의 유의성이 확인되었다.

[시험예 5]

[네오디뮴 합금용 소우 와이어]

상기 시험예 1에 이용한 실시예 재료 B, H 및 K의 각 스테인리스강 연질선(선 직경 0.6 ㎜)에 대해서, 하지 도금으로서 두께 2 ㎛의 Ni 도금을 실시하고, 이들을 냉간 습식 신선 가공에 의해 0.16 ㎜로 소직경화하여 경질 세선을 얻었다. 그 가공률은 93%이며 평균 표면 거칠기 0.08?0.13 ㎛를 갖는 것이었다.

이 신선 가공 상태의 각 경질 세선에 대하여, 온도 350?550℃에서의 저온 어닐링 처리를, Ar 분위기의 스트랜드 가열 장치에 의해 가열 처리하였다. 얻어진 각 처리 세선의 인장 강도의 변화와, 상기 M값이 비교적 낮은 실시예 재료 H의 탄성 비율(α)의 변화가 도 5에 도시된다.

다음에, 이 처리 세선에 대해서, 평균 입경 30 ㎛의 CBN 지립을 상기 시험예 3과 마찬가지로 현탁한 Ni의 전착 도금액 속에서 전착 처리를 행함으로써, 평균 분포 밀도27,000?29,000개/m로 고르게 고착한 소우 와이어를 얻었다.

이와 같이 하여 얻어진 소우 와이어의 절단 성능을 평가하기 위해, 피절단물로서 네오디뮴 분말 합금의 압출 소결 블록(성형 치수 10 W×18T×60L: 단위 ㎜)을 준비하고, 그 10개(합계 절단폭: 100 ㎜)를 병렬 배치하여 시판되는 와이어 소우 장치에 세팅하는 한편, 도 6과 같이 소우 와이어를 절단 피치 T=4 ㎜로 배선하여 절단 시험을 행하였다. 그 시험 조건은 다음과 같다. 또한, 이 절단 시험에서의 비교예 재료로서는, 상기 시험예 4에서 이용한 비교예 재료 a, b에 의한 소우 와이어를 이용하였다.

부하 장력 35N 설정

주행 속도 800 m/min이며 20초마다 역회전 왕복 주행

(단, 신선의 조출량은 10 m/min)

워크의 이송 속도 25 ㎜/h

이 절단 시험의 결과가 도 4에 도시된다. 도 4에서, 횡축은 절단 작업 시간(분)이고, 종축에는 단위 시간당 절단량(깊이 ㎜)이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 각 실시예 재료는, 절단 시험의 시작의 조기 단계부터 대략 안정되고, 비교적 우수한 절단 성능을 갖는 것이 확인되었다. 이에 비하여, 비교예 재료 a 및 b의 소우 와이어에서는, 상기 시험예 4와 마찬가지로 충분한 절단 성능은 얻어지지 않았다.

또한, 본 실시예 재료는 모두 상기 저온 어닐링 처리한 것으로, 이 소우 와이어를 자연 상태로 수직 하강시켰을 때의 직선성은 20?40 ㎜/1m로 매우 우수한 것이기 때문에, 그 절단면의 표면상태도 예컨대 표면 거칠기 0.4 ㎛ 정도로 평활하고 양호했다.

본 발명에 따른 소우 와이어 및 그 제조 방법은, 상기 고 C 및 N를 첨가한 오스테나이트계 스테인리스강선으로, 강도가 우수하고, 마르텐사이트량을 억제하며, 응력-변형 특성을 개량한 고강도 세선을 코어재로 했기 때문에, 피절단물에 대하여 강성을 부여한 절단이 도모되고, 장수명의 특성이 얻어질 수 있다. 또한 그 응용 범위도, 다이아몬드나 CBN의 지립을 채용할 수 있는 것뿐만 아니라, 피절단물로서 예컨대 상기 실리콘이나 사파이어, 더 나아가서는 마찬가지로 경질이며 고취성 재료 인, 네오디뮴 합금 등의 희토류 합금에 대해서도 유효하다.

1: 소우 와이어
2: 코어재
3: 피복재
4: 지립
E1: 탄성 변형량
E0: 파단전체 변형량

Claims (11)

1. 긴 금속 세선으로 이루어지는 코어재의 표면에, 피복재를 통해 입자상의 절단 지립을 고착한 입자 고정형의 소우 와이어로서,
   상기 코어재는, 질량%로
   C: 0.05?0.15
   Si: ≤2.0
   Mn: ≤3.0
   Ni: 6.0?9.5
   Cr: 16.0?19.0 및
   N: 0.005?0.25
   를 포함하고 2C+N이 0.15%?0.40%이며, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강선이고,
   상기 코어재는 인장 강도(σ)가 2500?3500 MPa이며, 그 인장 시험에 있어서 응력-변형 선도의 탄성 비례역의 변형량(E1)과, 그 파단까지의 전체 변형량(E0)의 탄성 비율(α)(={(E1/E0)×100})이 45% 이상인 것인 소우 와이어.
2. 제1항에 있어서, 상기 코어재는 하기 (Ⅰ), (Ⅱ) 및 (Ⅲ) 중 1종 이상의 제3 원소를 더 함유하는 것인 소우 와이어.
   (Ⅰ): Al, Nb, Ti, Ta, Zr 중 1종 이상을 각각 0.01?0.30%
   (Ⅱ): V: 0.10?0.5%
   (Ⅲ): Mo: 0.2?2.0% 또는 Cu: 0.15?0.8% 중 1종 이상
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코어재는 다음 식 M값이 5%?28%인 것인 소우 와이어.
   M=16C+2Mn+9Ni-3Cr+8Mo+15N
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코어재는 30%?90%의 마르텐사이트량을 갖는 것인 소우 와이어.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성 비율(α)이 55%?80%인 것인 소우 와이어.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피복재는 Cu 또는 Ni 중 어느 한 금속 도금의 전착(電着) 처리로 형성되어 이루어지는 것인 소우 와이어.
7. 제6항에 있어서, 상기 절단 지립은, 미리 그 표면에 Ni, SiC, 또는 TiC 중 어느 한 박막 재료를 피포한 다이아몬드 입자 또는 CBN 입자인 것인 소우 와이어.
8. 금속 세선으로 이루어지는 코어재의 표면에, 피복재를 통해 입자상의 절단 지립을 고착한 입자 고정형 소우 와이어를 제조하는 방법으로서,
   ㄱ) 질량%로
   C: 0.05?0.15
   Si: ≤2.0
   Mn: ≤3.0
   Ni: 6.0?10.0
   Cr: 16.0?19.0 및
   N: 0.005?0.25
   를 포함하고, 2C+N를 0.15%?0.40%로 조정하며, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 오스테나이트계 스테인리스강선을 준비하는 준비 단계와,
   ㄴ) 상기 강선을 가공률 85% 이상에서 냉간 신선(伸線) 가공하여, 긴 스테인리스강 세선으로 만드는 가공 단계와,
   ㄷ) 이 스테인리스강 세선을, 온도 300?600℃에서 역장력을 부가하면서 저온 어닐링 처리를 행하여, 인장 강도(σ): 2500?3500 MPa이고, 그 인장 시험에 있어서 응력-변형 선도의 탄성 비례역의 변형량(E1)과, 그 파단까지의 전체 변형량(E0)의 탄성 비율(α)(={(E1/E0)×100})이 45% 이상인 특성을 갖는 상기 코어재를 얻는 열처리 단계와,
   ㄹ) 상기 코어재를, 상기 절단 지립이 현탁된 금속 도금액 속에서 전착 처리하여, 코어재의 표면상에 상기 절단 지립을 정해진 분포 밀도로 고착하는 고착 단계
   를 포함하는 소우 와이어의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 코어재는, 하기 (Ⅰ), (Ⅱ) 및 (Ⅲ) 중 1종 이상의 제3 원소를 더 함유하는 것인 소우 와이어의 제조 방법.
   (Ⅰ): Al, Nb, Ti, Ta, Zr 중 1종 이상을 각각 0.01?0.30%
   (Ⅱ): V: 0.10?0.5%
   (Ⅲ): Mo: 0.2?2.0% 또는 Cu: 0.15?0.8% 중 1종 이상
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 코어재는, 미리 그 표면상에 상기 금속 도금액에 의한 금속 도금층과는 이종(異種) 금속의 하지 도금층이 마련되는 것인 소우 와이어의 제조 방법.
11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 열처리 단계의 상기 저온 어닐링 처리는 √[가열 온도(℃)×가열 시간(초)]의 값이 40?80의 범위인 것인 소우 와이어의 제조 방법.

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