KR20140140391A - 강선 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 강선 제조장치는, 소재가 통과하면서 신선되는 신선수단; 및 상기 신선수단 전단 또는 후단에서 소재를 회전시키면서 전단변형을 부여하는 회전수단;을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의해, 소재가 회전다이스의 통과홀을 통과하는 과정에서 설정된 횟수만큼 비틀림회전하게 되는데 이때의 회전수에 비례하여 전단변형이 발생하게 된다.
이에 따라 소재는 비틀림에 의한 전단변형이 부여됨으로써 비틀림 저항성이 증가됨에 따라, 딜라미네이션이 방지되면서도 연성이 크게 증가되어 결과적으로 비틀림 특성이 향상될 수 있다.
특히, 이와 같은 본 발명이 적용되는 경우 기존과 비교하여 소재의 동일한 감면율 하에서 연성이 증가된 높은 비틀림 특성을 얻을 수 있다.

Description

강선 제조장치 및 제조방법{Apparatus and Method for manufacturing steel wire}

본 발명은 강선 제조장치 및 제조방법으로서, 소재에 비틀림 전단변형을 부여하도록 구성되는 강선 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

고탄소 강선의 비틀림 특성(torsional property)은 타이어코드(tirecord), 브릿지 케이블(bridge cable), 비드 와이어(bead wire) 등 다양한 강종에서 중요한 물성치로서 연성을 나타내는 지표로 사용된다.

선재의 강도를 높일 목적으로 냉간에서 신선가공을 통하여 많은 감면량을 부여할 경우 일반적으로 연성, 즉 비틀림 특성이 나빠져서 딜라미네이션 (delamination, 비틀림 시 강선이 나선형으로 파괴되는 현상)이 발생하게 된다.

또한, 고탄소 강선의 경우 여러 가닥의 선을 꼬아서 다발을 만드는 스트랜딩(stranding) 공정을 거치게 되는데, 연성이 나쁠 경우 다발의 특성이 떨어지게 된다.

이를 위해 전단신선 가공법으로 소재에 전단변형을 부여하여 소재를 고강도화 할 수 있는 전단신선 가공장치가 제시되고 있다.

그러나, 기존의 전단신선 가공장치에서는 추가적인 설비로서 압연롤이 필요하게 되는데, 고탄소강을 제조하는 데에 있어서는 소재의 초기 강도가 커서 설정된 롤 갭을 유지하기가 어렵게 되는 한계점이 있다. 즉, 소재의 초기 강도가 높기 때문에 압연롤이 미세하게 밀림에 따라, 고탄소강의 제조상에 있어서 정확한 치수를 벗어나게 된다.

또한, 열간에서 압연된 코일 선재를 후가공 없이 그대로 사용하는 경우, 코일 선재의 길이방향에 있어서 단면적의 편차가 존재하게 되는데, 이로 인하여 압연롤에 대해 소재가 슬립(slip)하게 되는 문제점이 발생하게 된다.

이와 더불어, 상기 압연롤의 설치에 있어서도 비교적 큰 공간이 필요함에 따라, 전체적인 장치의 크기가 커지게 되어 설치공간상의 제약이 따르게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 제조되는 고탄소 강선에 있어서 딜라미네이션을 방지하면서도 연성이 크게 증가함에 따라 비틀림 특성을 향상시키는 강선 제조장치 및 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강선 제조장치는, 소재가 통과하면서 신선되는 신선수단; 및 상기 신선수단 전단 또는 후단에서 소재를 회전시키면서 전단변형을 부여하는 회전수단;을 포함한다.

이때, 상기 신선수단은 상기 회전수단 전단에 배치된 입측 신선다이스와, 후단에 배치된 출측 신선다이스를 구비하며, 상기 회전수단은 상기 입측 신선다이스와 출측 신선다이스 사이에 배치될 수 있다.

구체적으로, 상기 회전수단은, 소재가 통과하는 통과홀이 형성된 회전다이스; 및 상기 회전다이스를 회전시키는 회전구동부재;를 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 통과홀은 수평 또는 수직길이가 d이고 대각선길이가 D인 경우, 0.8D < d < D 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 통과홀의 폭이 W이고, 상기 입측 신선다이스와 출측 신선다이스의 사이의 거리가 L인 경우, 0.2L < W < L 인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 소재를 신선하는 신선단계; 및 소재의 신선단계 이전 또는 이후에 소재를 회전시키면서 전단변형을 부여하는 전단변형단계;를 포함하는 강선 제조방법이 제공된다.

이때, 상기 신선단계는, 상기 전단변형단계 이전에 소재를 신선하는 1차 신선단계; 및 상기 전단변형단계 이후에 소재를 신선하는 2차 신선단계;를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 강선 제조장치 및 제조방법은, 소재가 회전다이스의 통과홀을 통과하는 과정에서 설정된 횟수만큼 비틀림회전하도록 하여 회전수에 비례하여 전단변형을 발생시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명은 소재에 비틀림 전단변형을 부여함으로써 비틀림 저항성을 증가시킴에 따라, 딜라미네이션을 방지하면서도 연성을 크게 증가시켜 결과적으로 비틀림 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

특히, 이와 같은 본 발명이 적용되는 경우 기존과 비교하여 소재의 동일한 감면율 하에서 연성이 증가된 높은 비틀림 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강선 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1의 강선 제조장치에서 회전다이스를 나타낸 종단면도이다.
도 3은 도 1의 강선 제조장치에서 각 단계의 전후에서의 소재의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 비틀림 특성을 알아보기 위해 신선된 고탄소 강선을 비틀려서 파단한 것을 나타낸 것으로서, 도 4(a)는 비틀림회전 없이 단순 원형 신선되어 제조된 고탄소 강선의 파단면이고, 도 4(b)는 도 1의 강선 제조장치에 의해 제조된 고탄소 강선의 파단면이다.

본 발명의 강선 제조장치 및 제조방법은, 제조되는 고탄소 강선에 있어서 딜라미네이션을 방지하면서도 연성이 크게 증가함에 의한 비틀림 특성을 향상시키기 위해, 소재에 비틀림 전단변형을 부여하도록 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강선 제조장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 강선 제조장치에서 회전다이스를 나타낸 종단면도이다.

또한, 도 3은 도 1의 강선 제조장치에서 각 단계의 전후에서의 소재의 단면을 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 소재(1)가 통과하는 신선수단과, 상기 신선수단 전단 또는 후단에 배치된 회전수단(20)을 포함한다.

상기 신선수단은 회전수단(20) 전단에 배치된 입측 신선다이스(10)와, 후단에 배치된 출측 신선다이스(30)를 구비할 수 있다.

이러한 입측 신선다이스(10)와 출측 신선다이스(30)에는 단면적이 점차적으로 줄어드는 신선홀이 각각 형성됨으로써, 신선홀을 통과하는 소재(1)의 단면적을 점차적으로 감소시키는 역할을 수행한다.

이러한 입측 신선다이스(10)는 후단에 배치되는 회전수단(20)에 있어서 회전다이스(21)의 통과홀(21a)을 소재(1)가 통과할 수 있도록 통과홀(21a)에 대응되게 소재(1)의 단면을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 출측 신선다이스(30)는 전단에 배치된 회전수단(20)의 회전다이스(21)를 통과한 소재(1)의 전단측을 홀딩함으로써, 회전수단(20)에 의한 소재(1)의 비틀림회전이 효과적으로 일어날 수 있도록 한다. 즉, 회전수단(20)에 의해 비틀림회전되는 소재(1)에 있어서 전측부와 후측부가 입측 신선다이스(10)와 출측 신선다이스(30)에 의해 각각 견고하게 고정됨으로써, 입측 신선다이스(10)와 출측 신선다이스(30) 사이에서의 소재(1)의 부분이 일측부만 고정되어 비틀림회전하는 것보다 크게 비틀려서 회전될 수 있다.

물론, 상기 출측 신선다이스(30)는 다음의 공정에서 또는 최종 제품으로서 요구되는 소재(1)의 단면적 수치로 소재(1)의 단면적으로 감소시킬 수 있다.

그리고, 상기 회전수단(20)은 신선수단의 전단 또는 후단에서 소재(1)를 회전시키면서 전단변형을 부여하는 역할을 수행한다.

이러한 회전수단(20)은 입측 신선다이스(10)와 출측 신선다이스(30) 사이에 배치되는 것이 바람직하며, 이는 상술된 바와 같이 소재(1)의 전측부와 후측부가 입측 신선다이스(10)와 출측 신선다이스(30)에 의해 각각 견고하게 고정됨으로써, 양측부를 기준으로 그 사이의 소재(1) 부분이 효과적으로 비틀림회전하게 된다.

이와 같은 회전수단(20)은 소재(1)가 통과하는 통과홀(21a)이 형성된 회전다이스(21)와, 상기 회전다이스(21)를 회전시키는 회전구동부재를 구비할 수 있다.

이때, 상기 회전구동부재는 비록 도면에 도시되지는 않았지만, 회전다이스(21)를 회전시켜 통과홀(21a)에 접하면서 통과하는 소재(1)를 회전시킬 수 있는 부재라면 어떠한 부재도 활용될 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 회전구동부재는 회전다이스(21)의 일측에 기어체결된 구동축을 가진 구동모터가 활용될 수 있으며 이에 한정되지 않고 종래의 어떠한 구동부재도 이용될 수 있으며, 아울러 회전다이스(21)에 있어서 통과홀(21a)의 중심축을 회전축으로 하여 회전다이스(21)가 회전할 수 있는 구조라면 상기 회전다이스(21)와의 어떠한 연결구조도 취할 수 있음은 물론이다.

여기에서, 상기 통과홀(21a)은 수평 또는 수직길이가 d이고 대각선길이가 D인 경우, 0.8D < d < D 인 것이 바람직하다.

이때, 수평 또는 수직길이인 d가 0.8D보다 작은 경우 상기 통과홀(21a)은 거의 사각형에 가까운 형상, 구체적으로 정사각형에 가까운 형상이 됨으로써, 소재(1)가 회전다이스(21)의 통과홀(21a)을 통과한 후 회전다이스(21) 후단에 배치된 후측 신선다이스의 신선홀 치입 시, 모서리 부분이 긁힐 가능성이 커짐으로써 소재(1)에 손상이 가해질 수 있다.

또한, 수평 또는 수직길이인 d가 D와 같은 경우에는 상기 통과홀(21a)은 원 형상이 됨으로써, 소재(1)가 회전다이스(21)의 통과홀(21a)을 통과하는 과정에서 통과홀(21a) 내에서 슬립함에 따라 회전하는 회전다이스(21)의 회전력이 거의 작용하지 않게 된다.

아울러, 수평 또는 수직길이인 d가 D보다 큰 경우에는 별 형상의 다각형 형상이 됨으로써 상술된 바와 같이 후단의 신선다이스 신선홀에 치입 시 모서리 부분이 긁힐 수 있다.

또한, 상기 통과홀(21a)의 폭이 W이고, 상기 입측 신선다이스(10)와 출측 신선다이스(30)의 사이의 거리가 L인 경우, 0.2L < W < L 인 것이 바람직하다.

이때, 통과홀(21a)의 폭인 W가 0.2L보다 작은 경우 소재(1)를 회전시키는 회전폭이 너무 작음에 따라 소재(1)의 회전이 거의 발생하지 않음에 따라, 소재(1)에 있어서의 비틀림회전 효과는 미미한 수준에 이르게 된다.

아울러, 통과홀(21a)의 폭인 W가 L과 같거나 큰 경우에는 입측 신선다이스(10)와 출측 신선다이스(30) 사이에 회전다이스(21)가 설치될 수 없으며 설치된 경우라도 입측 신선다이스(10)와 출측 신선다이스(30)와 접촉됨으로써 회전이 어렵게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 강선 제조장치에 의한 강선 제조방법을 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.

상기 강선 제조방법은 소재(1)를 고탄소 강선으로 제조하는 데에 있어서, 소재(1)를 신선하는 신선단계와, 소재(1)의 신선 이전 또는 이후에 소재(1)를 회전시키면서 전단변형을 부여하는 전단변형단계로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 신선단계는 전단변형단계 이전에 소재(1)를 신선하는 1차 신선단계와, 상기 전단변형단계 이후에 소재(1)를 신선하는 2차 신선단계로 이루어질 수 있는데, 이와 같이 1차 신선단계와 2차 신선단계 사이에서 소재(1)가 회전됨으로써 상술된 바와 같이 소재(1)의 전측부와 후측부가 입측 신선다이스(10)와 출측 신선다이스(30)에 의해 각각 견고하게 고정됨에 따라, 양측부를 기준으로 그 사이의 소재(1) 부분이 효과적으로 비틀림회전하게 된다.

아울러, 상기 1차 신선단계는 이후의 전단변형단계에 있어서 회전다이스(21)의 통과홀(21a)을 소재(1)가 통과할 수 있도록 통과홀(21a)에 대응되게 소재(1)의 단면을 감소시킬 수 있다. 이와 더불어, 상기 2차 신선단계는 다음의 공정에서 또는 최종 제품으로서 요구되는 소재(1)의 단면적 수치로 소재(1)의 단면적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 전단변형단계는 소재(1)가 통과되면서 회전함에 따라 비틀림회전이 발생하는 단계이다. 이와 같은 전단변형단계로 인하여 소재(1)에 전단변형이 부여됨에 따라 비틀림 특성이 향상될 수 있다. 참고로 소재(1)에 있어서 C-C선에 따른 단면은 도시된 바와 같이 B-B선에 따른 단면과 동일할 수 있고 회전수에 따라 상이할 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 소재(1)가 회전다이스(21)의 통과홀(21a)을 통과하는 과정에서 설정된 횟수만큼 비틀림회전하게 되는데 이때의 회전수에 비례하여 전단변형이 발생하게 된다.

이에 따라 소재(1)는 비틀림에 의한 전단변형이 부여됨으로써 비틀림 저항성이 증가됨에 따라, 딜라미네이션이 방지되면서도 연성이 크게 증가되어 결과적으로 비틀림 특성이 향상될 수 있다.

특히, 이와 같은 본 발명이 적용되는 경우 기존과 비교하여 소재(1)의 동일한 감면율 하에서 연성이 증가된 높은 비틀림 특성을 얻을 수 있다.

그러면, 본 발명에 의한 비틀림 신선이 적용된 소재(1)와, 비틀림회전이 없는 단순한 원형 신선이 적용된 소재(1)에 있어서의 비틀림 특성을 비교해 보기로 한다.

여기에서, 상기 비틀림 특성은 인장강도, 단면감소율, 파단까지의 비틀림 회전수로 비교되었으며, 참고로, 상기 단면감소율(percent reduction in area, RA(%))은 파단된 인장시편에서 단면적의 변화를 원래의 단면적으로 나눈 값으로 퍼센트로 나타낸 것이다.

이때, 소재(1)는 초기 선경(지름)이 13mm인 0.8%C 고탄소강이 사용되었으며, 비틀림 회전은 패스 당 2회씩 이루어졌으며 입측 신선다이스(10)에 의한 감면은 7.5%이다.

	인장강도	단면감소율(%)	파단까지의 비틀림 회전수(Cycles)
원형 신선	2240	42.0	34.5
비틀림 신선(본 발명)	2250	53.5	40.2

상기 표 1과 같이 본 발명에 의한 비틀림 신선은 최종 강선에서 원형 신선과 비교하여, 단면감소율과 파단까지의 비틀림 회전수가 상대적으로 크게 증가함을 알 수 있다.

아울러, 도 4에 도시된 바와 같이 소재(1)가 비틀림 신선된 경우에는 도 4(b)와 같이 딜라미네이션 없이 정상적으로 파단되었으나, 원형 신선된 경우에는 도 4(a)와 같이 딜라미네이션이 발생하였다.

결과적으로, 본 발명은 소재(1)에 비틀림에 의한 전단변형을 부여하여 고탄소 강선의 비틀림 특성을 향상시킬 수 있다.

나아가, 소재(1)가 본 발명에 의해 비틀림 신선된 경우에는 원형 신선된 경우와 비교하여 단면감소율이 상승하였기 때문에, 소재(1)의 강도를 높이기 위해 소재(1)를 추가로 감면하더라도 단면감소율이 원형 신선된 경우와 유사한 수치를 이루면서 강도 측면에 있어서 보다 높은 강도를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

1 : 소재 10 : 입측 신선다이스
20 : 회전수단 21 : 회전다이스
21a : 통과홀 30 : 출측 신선다이스

Claims (7)

1. 소재가 통과하면서 신선되는 신선수단; 및
   상기 신선수단 전단 또는 후단에서 소재를 회전시키면서 전단변형을 부여하는 회전수단;
   을 포함하는 강선 제조장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 신선수단은 상기 회전수단 전단에 배치된 입측 신선다이스와, 후단에 배치된 출측 신선다이스를 구비하며,
   상기 회전수단은 상기 입측 신선다이스와 출측 신선다이스 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 강선 제조장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전수단은,
   소재가 통과하는 통과홀이 형성된 회전다이스; 및
   상기 회전다이스를 회전시키는 회전구동부재;
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 강선 제조장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 통과홀은 수평 또는 수직길이가 d이고 대각선길이가 D인 경우, 0.8D < d < D 인 것을 특징으로 하는 강선 제조장치.
   
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 통과홀의 폭이 W이고, 상기 입측 신선다이스와 출측 신선다이스의 사이의 거리가 L인 경우, 0.2L < W < L 인 것을 특징으로 하는 강선 제조장치.
   
6. 소재를 신선하는 신선단계; 및
   소재의 신선단계 이전 또는 이후에 소재를 회전시키면서 전단변형을 부여하는 전단변형단계;
   를 포함하는 강선 제조방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 신선단계는,
   상기 전단변형단계 이전에 소재를 신선하는 1차 신선단계; 및
   상기 전단변형단계 이후에 소재를 신선하는 2차 신선단계;
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 강선 제조방법.

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