KR20150015249A - 고강도 타이어코드 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 고강도 타이어코드를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 4000 MPa 급의 UT (Ultra high tensile)를 갖는 타이어코드용 강선을 이용하여 최종 신선된 강선의 인장강도 보다 150 MPa 이상 높은 인장강도를 갖는 타이어코드를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

Description

고강도 타이어코드 제조방법 {METHODS FOR FABRICATION OF STEEL TIRE CORDS WITH HIGH STRENGTH}

본 발명은 타이어코드의 강도를 강화시키는 고강도 타이어코드의 제조 방법에 관한 것이다.

타이어코드는 자동차 등 운반체에 있어서 타이어의 내구성, 주행성 및 안정성을 높이기 위해 고무 내부에 들어가는 보강재 또는 부재를 의미한다. 상기 타이어코드 소재는 크게 폴리에스테르, 나일론 등 고분자 합성섬유와 스틸(Steel)강재로 구분할 수 있고, 최근에는 높은 강도 및 우수한 내열성이 요구되어 스틸 코드가 널리 사용된다.

타이어코드는 높은 강도를 구비해야 하는데, 타이어코드의 강도를 높이는 방법으로는 철(Fe)에 합금성분을 첨가하는 방법, 타이어코드의 가공 경화율을 증가시키는 방법 및 소재의 신선 변형율을 증가시키는 방법 등이 있다.

타이어코드의 강도를 향상시키는 여러 가지 방법 중 합금원소를 첨가하는 방법이 널리 사용된다. 이러한 강화 원소의 대표적인 예로는 탄소를 들 수 있다. 타이어코드의 강도가 점차 증가함에 따라 탄소는 아공석 영역에서 공석영역으로 공석영역에서 과공석영역으로 점차 그 함량이 증가하여 왔다. 상기와 같이 탄소 함량이 증가할 경우 강재 내부에는 경질상인 세멘타이트의 분율이 증가하고 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 조밀해지는 등 소재의 강도가 향상되게 된다. 이와 같이 탄소 이외에도 다양한 합금원소를 첨가하는 기술이 제안되어 왔다.

그러나, 강도를 향상시키기 위해서 탄소 등의 합금성분을 변화시키는 것은 강도를 증가시킬 수는 있으나 저온 조직 발생 등의 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인한 신선 및 열처리 공정 또한 변화되어야 하기 때문에 많은 노력이 필요하다. 또한, 단순히 합금원소를 다량 첨가할 경우 선재 압연 후 후속되는 강선 제조공정에서 강재의 연성이 불량하여 단선이 발생하는 등의 문제가 발생될 수 있다.

또한, 공정 변화를 통해 강도를 증가시키는 방법은 강도를 향상시키는 효율적인 방법이나, 합금성분에 의존하여 신선한계가 발생하기 때문에 신선한계 이상의 가혹한 신선 가공량을 부여할 수는 없다.

본 발명에서는 합금성분의 변화, 선속의 조절 또는 감면량의 변화 등의 복잡하고 열화의 우려가 있는 방법을 통하지 않고 타이어코드의 강도를 향상시키는 타이어코드 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 타이어코드를 제조하는 방법에 있어서, 최종 신선된 강선을 연선 후, 80~100℃의 물에 20~45분 동안 침지시켜 완성하는 것을 특징으로 하는 고강도 타이어코드의 제조 방법에 의하여 달성된다.

여기에서, 바람직하게는 상기 최종 신선된 강선의 직경은 0.15~0.38mmf이다.

바람직하게는, 상기 최종 신선된 강선의 조직은 펄라이트로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 침지는 일정한 온도를 유지할 수 있는 수조에서 실시한다.

바람직하게는, 상기 타이어코드는 4000 MPa 이상의 인장강도를 갖는다.

본 발명은 연선을 마친 타이어 코드의 강도를 강화시키고 있기 때문에 딜라미네이션 (delamination)의 발생을 우려할 필요 없이 강도를 강화시킬 수 있고, 복잡하고 열화의 우려가 있는 합금성분의 변화, 선속의 조절 또는 감면량의 변화 등의 종래의 타이어코드의 강도 강화 방법을 사용하지 않고 단순히 열처리만으로 타이어코드의 강도를 강화시킬 수 있다.

본 발명은 고강도 타이어코드를 제조하는 방법에 관한 것으로, 최종적으로 신선된 강선을 타이어코드용으로 연선 후, 열처리에 의하여 강도를 강화시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 사용되는 타이어코드용 강선의 성분구성 및 제조 방법은 통상의 타이어코드의 성분구성 및 타이어코드용 강선의 제조 방법에 준하여 실시할 수 있으며, 어떠한 방법이라도 실시 가능하다.

본 발명에 따른 열처리는, 상기 통상의 타이어코드용 강선의 제조 방법에 따라 제조하여, 최종 신선 후 연선을 마친 강선을 80~100℃의 물에 20~45분 동안 침지시키는 것으로 이루어진다. 4000 MPa 급의 UT (Ultra high tensile)를 갖는 강선에 본 발명에 따른 열처리를 실시할 경우, 최종강선 인장강도보다 150 MPa 내지 250 MPa 정도의 인장강도를 높일 수 있어 4200MPa 가량의 인장강도를 갖는 타이어 코드를 제조할 수 있다.

상기와 같이 인장강도가 향상되는 이유는, 신선에 의하여 페라이트 기지에 전위가 생성되고 페라이트에 탄소가 확산되며, 에너지를 가해줌으로써 확산된 탄소가 전위에 결합하기 때문이다. 대부분의 고강도 강선에는 0.6중량% 이상의 많은 탄소가 함유되어 있기 때문에, 가공량을 받은 고강도 강선에서 쉽게 상기와 같은 현상이 나타날 수 있다.

그러나, 에너지를 가해줌으로써 계속적으로 강도가 증가하는 것이 아니고 어느 정도 시간이 지나면 포화상태를 이루게 되므로, 연선을 마친 강선을 80~100℃의 물에 20~45분 동안 침지시키는 것이 바람직하다. 상온에서도 상기와 같은 강도의 향상이 일어날 수 있으나, 그 속도가 매우 느려서 80℃이상에서 그 속도가 충분히 빨라지고, 물 속에서 이루어지는 열처리므로 100℃이상 가열해줄 수 없기 때문에 80℃ 내지 100℃의 온도에서, 효율적이고 적절한 시간인 20 내지 45분 동안 침지하는 것이 바람직하다.

또한, 연선을 마친 타이어 코드의 강도를 강화시키고 있기 때문에 비틀림 특성을 고려하여 강도 강화를 제한할 필요가 없어, 딜라미네이션 (delamination)의 발생을 우려할 필요 없이 강도를 강화시킬 수 있다.

본 발명에서 사용되는 강선의 직경에는 제한이 없지만, 원활한 연선과, 연선 후, 타이어 코드로서의 역할의 수행을 위하여, 0.15~0.38mmf의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 강선의 미세조직은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 페라이트와 세멘타이트로 이루어진 펄라이트인 것이 바람직하며 냉각속도 차이에 의해 국부 영역에서 초석 세멘타이트가 포함되는 강선일 수 있다.

최종 신선된 강선을 연선 후, 80~100℃의 물에 20~45분 동안 침지시키는 본 발명의 열처리는 어떠한 장치에서 실시하는 것에 대한 제한은 없으나, 장시간 동안 열처리를 실시해야 하는 만큼 물을 본 발명의 범위의 일정한 온도로 유지할 수 있는 수조에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 수조에서 상기 열처리를 실시할 때, 표면에 스케일이 형성되지 않기 때문에, 상기 열처리를 열처리로가 아닌 수조에서 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하여 완성된 타이어 코드는 4000MPa이상의 인장강도를 가질 수 있다. 4000 MPa 급의 최종 신선된 강선을 4000MPa 이상의 인장강도를 가지도록 강선을 무리하게 신선하게 되면, 연선 시 딜라미네이션이 발생하여 파단이 일어나게 되는데, 본 발명은 연선 후 열처리를 통하여 인장강도를 높여주기 때문에 딜라미네이션을 고려하지 않고 강도를 높여줄 수 있어, 4000MPa 이상으로 인장강도를 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[ 실시예 ]

중량%로, C:0.92%, Mn:0.3%, Si:0.5%, Cr:0.2 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 타이어 코드용 고탄소 강편을 온도 1100℃에서 가열하고, 1050℃에서 열간압연한 후, L/H온도 870℃에서 냉각하여 5.5 mmf 선재를 제조하였다. 이때의 인장강도는 1355 MPa, 단면감소율은 25 % 수준이였다.

이어서, 1차 건식신선, LP 열처리, Brass 도금 및 습식신선을 하여 0.2 ㎜f의 직경을 갖는 강선을 제조하였다. 여기에서, LP 열처리는 580℃에서 실시하였다. 이후, 상기 0.2 ㎜f까지 신선된 최종 강선을 바로 고강도 타이어코드 대상구조인 1*2 구조로 연선하여 타이어코드를 제조하였다.

그리고 상기 연선을 마친 타이어코드를 100℃로 유지된 수조(water bath)에서 30분 침적시켰다. 이렇게 완성된 타이어코드 안정성 평가는 헌터 피로시험기를 통해 이루어졌으며, 1350 MPa 인가응력 조건에서 피로시험 횟수를 비교 평가하였다.

또한, 인장강도는 상용 INSTRON기를 이용하여 측정하였다. 여기에서, 시험속도는 5mm/min, 시편 길이는 400 mmL로 하여 측정하였다.

	LP재 인장강도 (MPa)	최종 신선 강선 인장강도 (MPa)	비틀림 특성	연선	수조 침지 후 강선 인장강도 (MPa)	타이어코드 피로 실험 (@1350MPa)
실시예 1	1518	3995	51	1*2	4192	100,184
비교예 1	1517	4182	53	연선안됨	침지안함	x
비교예 2	1520	3992	52	1*2	침지안함	100,217

표 1에 나타낸 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2는 모두 최종 신선까지 모두 같은 방법으로 제조하였고, 비교예 1은 4000 MPa가 넘도록 추가적으로 한번 더 신선하여 4182 MPa의 인장강도가 측정되었다.

실시예 1은 1*2 구조로 연선하여 제작한 타이어코드를 100℃로 유지된 수조에서 30분 침지한 후, 인장강도를 측정한 결과 최종 신선 강선보다 200MPa가량 인장강도가 향상된 4192 MPa가 측정된 것을 표 1에서 확인할 수 있다.

또한, 비교예 1에서는 실시예 1보다 한번 더 신선을 실행하여 4182 MPa의 인장강도가 측정되었다. 그러나, 이렇게 4000 MPa가 넘는 인장강도를 갖도록 신선한 비교예 1은 연선 시에 딜라미네이션이 일어나 강선이 파단되는 것을 확인할 수 있었다.

비교예 3은 최종 신선된 강선을 연선 후, 아무런 열처리를 실행하지 않을 것으로 최종 신선된 강과 동일하게 3992 MPa의 인장강도를 가지게 된다.

그러므로, 본 발명에 따른 열처리를 통하여 4000 MPa이상의 인장강도를 갖는 타이어코드를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

한편, 연선된 타이어코드의 안정성을 평가하기 위하여 헌터 피로시험기를 이용하여 1350MPa 인가 응력에서 실시예 1의 타이어코드의 피로 실험을 실시한 결과, 100,184 회가 측정되었으며, 비교예 2는 실시예 1과 유사한 수준의 100,217회가 측정되었다.

그러므로, 본 발명에 따른 열처리에 의해서 타이어 코드의 안정성에는 전혀 영향을 미치지 않는다는 것을 확인할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

Claims (5)

1. 타이어코드를 제조하는 방법에 있어서, 최종 신선된 강선을 연선 후, 80~100℃의 물에 20~45분 동안 침지시키는 것을 포함하는 고강도 타이어코드의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 최종 신선된 강선의 직경은 0.15~0.38mmf인 고강도 타이어코드의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 최종 신선된 강선의 조직은 펄라이트를 포함하는 고강도 타이어코드의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 침지는 일정한 온도를 유지할 수 있는 수조에서 실시하는 고강도 타이어코드의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 타이어코드는 4000 MPa 이상의 인장강도를 갖는 고강도 타이어코드의 제조 방법.