KR20170028958A - 용융 Al 도금 강선 및 연선 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

[과제]
소선에 비틀림이 가해지는 일반적인 연선 제조 장치에 적용했을 때에, 비틀림에 의한 파단이 생기지 않는, 내비틀림성이 우수한 용융 Al 도금 강선을 제공한다.
[해결수단]
직경 0.05 내지 0.50mm의 강 심선을 심재에 갖는 용융 Al 도금 강선으로서, 그 길이 방향에서의 평균 지름 D_A(mm) 및 최소 지름 D_MIN(mm)이 하기 (1)식을 만족하도록 용융 Al 도금 부착량이 균일화되어 있는 용융 Al 도금 강선.
(D_A―D_MIN)/D_A≤0.10 …(1)

Description

용융 Al 도금 강선 및 연선 및 이의 제조 방법{MOLTEN Al PLATED STEEL WIRE AS WELL AS STRANDED WIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은, 용융 Al 도금 강선(鋼線)에 있어서, 특히 「비틀림」을 동반하는 변형에 대한 저항력을 개선한 것에 관한 것이다. 또한, 그 용융 Al 도금 강선을 소선(素線)에 사용한 연선(撚線)에 관한 것이다.

자동차의 와이어 하니스(wire harness)용 도선을 비롯한 각종 도선에는, 종래 구리선이 사용되고 있다. 하지만, 철 스크랩과 함께 재활용하는 데 있어 구리재의 혼입은 바람직하지 않다. 이 때문에 재활용성의 관점에서는, 철 스크랩과 함께 용해 가능하고 또한 도전성이 비교적 양호한 알루미늄선의 적용이 유리해진다.

와이어 하니스에 사용하는 신호선 등에 연선이 사용되는 경우가 많다. 알루미늄선을 사용한 와이어 하니스용 연선으로서는, 예를 들어 직경 0.25 내지 0.30mm 정도의 Al 소선을 10개 전후로 꼬아서 합친 것이 실용화되고 있다. 신호용 전류를 흘리기 위한 도전성의 관점에서는 이와 같이 큰 단면적은 필요 없지만, Al 소선은 Cu 소선 등과 비교하여 강도가 떨어지기 때문에, Al 소선만으로 구성되는 연선의 강도를 고려하면, 이 정도의 굵기가 필요하게 된다.

Al 소선을 사용한 신호용 연선의 강도를 향상시키는 수단으로서, 알루미늄보다 강도가 높은 강선을 중심 소선에 사용하고, 그 주위에 Al 소선을 꼬아서 합치는 수법이 유효하다. 연선의 고강도화에 의해 단면적의 감소가 가능해지고, 와이어 하니스의 다운사이징으로 이어진다. 그러한 중심 소선용의 강선으로서 Al 도금 강선이 유망시되고 있다. Al 도금 강선을 사용하면, 예를 들어 맨살의 강선이나 Zn 도금 강선을 사용한 경우에 문제가 되는 이종 금속의 접촉에 의한 부식이 회피된다. 또한 스테인리스 강선을 사용하는 경우보다 재료 비용이 대폭적으로 저감한다.

Al 도금 강선을 대량 생산하기 위해서는 용융 Al 도금법이 유효하다. 종래, 심선(芯線) 직경 1mm 이하의 강선에 안정적으로 용융 Al 도금층을 형성하는 것은 반드시 용이하지 않다고 여겨졌다. 하지만, 최근에는 다양한 목부량(目付量)의 용융 Al 도금 강선이 연속 라인에서 제조 가능하게 되어 있다(특허문헌 1 내지 3).

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2009-179865호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 특개2009-187912호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 특개2011-208263호

특허문헌 3 등에 개시되는 기술에 의해, 신호용 소선에 적합한 얇은 목부의 용융 Al 도금 강선의 제조가 가능해졌다. 하지만, 종래의 용융 Al 도금 강선을 그대로 연선의 중심 소선에 사용하면, 연선의 제조 과정에서 당해 소선이 파단되는 현상이 일어나기 쉽다는 새로운 문제가 부상하였다. 그 원인으로서, 종래의 용융 Al 도금 강선은 「비틀림 가공」에 약하다는 결점을 갖고 있었던 것이 밝혀졌다.

도 1에, 일반적인 연선 제조 방법을 개념적으로 나타낸다. 이 도면은 중심 소선(21)의 주위에 6개의 주변 소선(22)을 꼬아서 합치는 경우를 예시하고 있다. 중심 소선(21) 및 주변 소선(22)은 각각 공급 보빈(23 및 24)에서 송급되고, 7개를 한꺼번에 비틀면서 권취되어 연선(30)이 된다. 이때 권취측을 1회전 돌 때마다 각 소선에는 1회전의 비틀림이 가해진다. 이 방식은 선만을 회전시킴으로써 연선을 만드는 것이 가능하기 때문에 생산성이 높아 널리 사용되고 있다. 하지만, 중심 소선(21)에 용융 Al 도금 강선을 사용하고, 주변 소선(22)에 Al 소선을 사용한 경우, 중심의 용융 Al 도금 강선이 비틀림에 의해 파단한다는 문제가 발생하기 쉽다. 이것이 용융 Al 도금 강선을 연선에 사용하는 것의 실용화를 저해하고 있다.

한편, 각 소선에 비틀림이 가해지지 않도록 연선을 제조하는 기술도 여러 가지 개발되어 실용화되고 있다. 도 2에, 그 일례로서 플라네터리(planetary) 방식으로 불리는 연선 제조 방법을 개념적으로 나타낸다. 이 경우, 주변 소선(22)의 공급 보빈(24)을 회전반(25)에 배치시키고, 그 회전반(25)의 회전에 의해 중심 소선(21)의 주위에 각 주변 소선(22)을 꼬아서 합쳐 가므로, 중심 소선(21)에 비틀림이 가해지지 않는다. 또한, 각 주변 소선(22)의 공급 보빈(24)도 회전반(25) 위에서 자전하는 기구를 갖고 있고, 주변 소선(22)의 비틀림도 동시에 해결할 수 있다. 그러나, 이러한 장치는 기구가 복잡하고 부품 점수가 많기 때문에 고가이며, 실행 비용도 높아진다. 또한, 회전 부분의 질량이 큰 것 등으로부터 회전 속도를 크게 하는 것이 어렵고, 생산성이 떨어진다. 소선의 비틀림을 회피한 이 이외의 방법도, 와이어 하니스용 신호선의 대량 생산에 적용하기에는 비용이나 생산성의 면에서 문제가 많다.

본 발명은, 소선에 비틀림이 가해지는 일반적인 연선 제조 장치에 적용했을 때에, 상기의 비틀림에 의한 파단이 문제가 되지 않는, 내비틀림성이 우수한 용융 Al 도금 강선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은, 직경 0.05 내지 0.50mm의 강 심선을 심재(芯材)에 갖는 용융 Al 도금 강선으로서, 그 길이 방향에서의 평균 지름 D_A(mm) 및 최소 지름 D_MIN(mm)이 하기 (1)식을 만족하도록 용융 Al 도금 부착량이 균일화되어 있는 용융 Al 도금 강선에 의해 달성된다.

(D_A―D_MIN)/D_A≤0.10 …(1)

상기의 평균 지름 D_A(mm) 및 최소 지름 D_MIN(mm)은, 1개의 Al 도금 강선에 있어서, 연속해서 연선 가공에 제공되는 부분의 길이 L에 대한 선 지름을 측정함으로써 구할 수 있다. 여기서, 선재의 길이 방향에 수직이고 서로 직교하는 2방향을 x 방향 및 y 방향으로 할 때, 길이 방향의 어느 위치에서의 x 방향의 지름 D_X(mm)와 y 방향의 지름 D_Y(mm)의 평균값(D_X＋D_Y)/2를, 그 길이 방향 위치의 선 지름으로 정한다. 지름 D_X 및 D_Y는, 예를 들어 레이저 광선을 조사하여 선재를 1방향으로 보았을 때의 투영 지름을 측정하는 수법에 의해 구할 수 있다. 평균 지름 D_A 및 최소 지름 D_MIN은, 어느 길이 L의 범위에서의 선 지름 D의 평균값 및 최소값이다. 평균 지름 D_A 및 최소 지름 D_MIN을 구할 때에는, 길이 방향의 인접한 측정점의 간격(선 지름 D의 측정 피치)을 0.2mm 이하로 한다.

상기의 용융 Al 도금 부착량이 균일화되어 있는 용융 Al 도금 강선으로서는, 특히 용융 Al 도금 후에 신선(伸線) 가공을 받지 않은 것이 적합한 대상이 된다.

용융 Al 도금에 제공하는 소재(素材) 강선으로서는, 맨살의 강선 외에, Zn 도금 강선, Ni 도금 강선 등의 도금 강선을 사용할 수 있다. 본 명세서에서는 용융 Al 도금에 제공하는 소재 강선의 표면에 미리 실시되어 있는 도금을 「예비 도금」이라고 부르고 있다. 상기의 「강 심선」은, 용융 Al 도금 강선의 단면에서 차지하는 강 부분을 의미한다. 용융 Al 도금 후에 신선 가공을 받지 않은 것에 있어서는, 용융 Al 도금에 제공하는 소재 강선을 구성하는 강 부분의 직경이 상기의 강 심선의 직경에 상당한다. 예비 도금층의 두께는 강 심선의 직경에 포함되지 않는다.

또한 본 발명에서는, 상기 용융 Al 도금 강선을 소선에 사용하여, 당해 용융 Al 도금 강선에 비틀림이 가해진 상태에서 다른 소선과 함께 꼬아서 합쳐진 연선이 제공된다. 또한, 당해 용융 Al 도금 강선에 비틀림이 가해지는 수법으로 다른 소선과 함께 권취하는 연선의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 용융 Al 도금 강선은, 비틀림에 대한 저항력이 현저히 개선되어 있다. 따라서, 연선의 소선으로서, 비틀림이 가해지는 범용적인 수법으로의 연선 가공에 제공할 때에, 종래 문제가 되었던 파단 트러블이 해소된다. 특히, 용융 Al 도금 후에 신선 가공하지 않고, 비틀림이 가해지는 연선 가공에 제공할 수 있으므로, 이것을 연선의 중심 소선으로서 사용하면 저비용으로 연선의 강도 향상을 도모할 수 있다. 따라서 본 발명은, 특히 와이어 하니스용 연선의 고강도화와 저비용화를 양립시키는 데 유용하다.

도 1은, 각 소선에 비틀림이 가해지는 일반적인 연선 제조 방법을 개념적으로 나타낸 도면.
도 2는, 각 소선에 비틀림이 가해지지 않은 플라네터리 방식의 연선 제조 방법을 개념적으로 나타낸 도면.
도 3은, 비틀림 시험 장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면.
도 4는, 용융 Al 도금 강선에 대하여 (D_A―D_MIN)/D_A와 파단 비틀림 횟수의 관계를 나타낸 그래프.
도 5는 용융 Al 도금 강선 제조 설비의 구성의 일례를 모식적으로 나타낸 도면.
도 6은 도금욕 상승부를 포함하는 연직 방향으로 평행한 단면을 모식적으로 나타낸 도면.
도 7은, 접촉 부재를 설치한 경우의 도금욕 상승부를 포함하는 연직 방향으로 평행한 단면을 모식적으로 나타낸 도면.

와이어 하니스용의 연선을 보강하는 역할을 담당하는 용융 Al 도금 강선으로서는, 강 심선의 직경이 0.05 내지 0.50mm의 범위에 있는 것이 유용하다. 강 심선이 너무 가늘면 연선의 강도 향상 효과가 작고, 너무 굵으면 강도가 과잉이 되는 경우가 많을 뿐 아니라, 연선의 전체 지름이 커져 와이어 하니스의 세선화·경량화의 요구에 반한다.

발명자들의 검토에 의하면, 강 심선의 직경이 상기와 같이 가는 용융 Al 도금 강선은, 제조시에 길이 방향에서의 선 지름이 불균일해지기 쉽고, 그것이 용융 Al 도금인 채로의 상태에서의 「비틀림 가공」에 대한 내구성(이하, 「내비틀림성」이라고 하는 경우가 있음)을 저하시키는 요인이 되고 있는 것을 알 수 있었다. 하지만, 단순히 길이 방향의 최대 지름과 최소 지름의 차를 파라미터로서 비틀림 특성을 평가하여도, 양호한 내비틀림성을 안정적으로 얻기 위한 조건을 발견하는 것은 어려웠다. 그래서, 더욱 검토를 진행한 바, 용융 Al 도금 강선의 내비틀림성에 관해서는, 길이 방향의 선 지름 변동 중, 선 지름이 굵어지고 있는 부분은 특히 악영향을 미치는 경우가 없는 것이 명백해졌다. 따라서, 선 지름이 굵어져 있는 것의 영향을 제외한 파라미터를 설정할 필요가 있다. 상세한 연구 결과, 용융 Al 도금 강선의 길이 방향에서의 평균 지름 D_A(mm)과 최소 지름 D_MIN(mm)의 함수인 다음 식, (D_A―D_MIN)/D_A 에 의해 용융 Al 도금 강선의 내비틀림성을 양호하게 평가할 수 있는 것이 확인되었다.

선재의 비틀림 시험 방법으로서는, 예를 들어 JIS G3521에 경강선(硬鋼線)에 대한 규정이 있다. 단, 선 지름 0.70mm 이상의 것을 대상으로 하고 있고, 그것보다 가는 선재의 내비틀림성을 평가하는 일반적인 규격은 보이지 않는다. 그래서, 발명자들은 상기 JIS 규격을 참고로 하여, 도 3에 모식적으로 나타낸 비틀림 시험 장치를 사용하여 다양한 용융 Al 도금 강선(Al 도금 후에 신선 가공하지 않은 것)에 대하여 내비틀림성을 조사하였다. 즉, 선재 시료(42)를 척(41a, 41b)으로 잡고, 50g의 하중을 부여하여 선재 시료가 휘지 않은 상태로 하고, 한쪽의 척(41b)을 회전시켜, 선재가 파단될 때까지의 최대 회전수(정수값)를 측정하고, 이것을 당해 선재의 파단 비틀림 횟수로 한다. 예를 들어, 11회전 종료까지 파단되지 않고, 12회전째 종료까지 파단된 경우의 파단 비틀림 횟수는 11회가 된다. 척 간 거리는 100mm로 하였다. 자동차용 와이어 하니스에 사용되고 있는 현상의 연선은 100mm당의 비틀림 횟수가 5 내지 20회 정도인 경우가 대부분이다. 따라서, 여기에서 채용하는 비틀림 시험 방법에 있어서, 파단 비틀림 횟수가 50회 이상이 되는 내비틀림성을 갖는 용융 Al 도금 강선은, 소선에 비틀림이 가해지는 범용적인 연선 제조 장치로 와이어 하니스용 연선을 제조한 경우에, 파단을 회피할 수 있는 실용적인 성능을 갖고 있다고 평가할 수 있다. 종래의 용융 Al 도금 강선의 파단 비틀림 횟수는, Al 도금 후에 신선 가공하지 않은 것으로 수회에서 15회 정도인 것이 많았다.

도 4에, 용융 Al 도금 강선(Al 도금 후에 신선 가공하지 않은 것)에 대하여, (D_A―D_MIN)/D_A와 상기 비틀림 시험에 의한 파단 비틀림 횟수의 관계를 예시한다. 이 그래프는 후술하는 표 1에 나타낸 각 예의 데이터를 표시한 것이다. 여기서, 평균 지름 D_A는 동일한 제조 조건으로 제조한 용융 Al 도금 강선의 전체 길이(약 8000m)에 걸쳐 0.1mm 피치로 측정한 x방향 및 y방향의 선 지름 데이터에 기초한 값을 채용하였다. 단, 최소 지름 D_MIN에 대해서는, 실제로 비틀림 시험에 제공한 시료의 척 간 거리 100mm에 대하여 동일한 방법으로 측정한 선 지름 데이터에 기초한 값을 채용하였다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, (D_A―D_MIN)/D_A와 파단 비틀림 횟수 사이에는 상관 관계가 있다. 파단 비틀림 횟수가 50회 이상인 내비틀림성을 확보하기 위해서는, 선 지름 변동에 관하여 하기 (1)식을 만족하면 좋다.

(D_A―D_MIN)/D_A≤0.10 …(1)

상술한 바와 같이, 여기에서는 최소 지름 D_MIN으로서 척 간 거리 100mm에서의 값을 채용하고 있지만, 연선 제조시에 가장 파단되기 쉬운 개소는 길이 방향 전체 길이에서 가장 지름이 가는 위치이다. 따라서, 길이 방향의 전체 길이의 선 지름 측정 데이터에 기초하는 D_A 및 D_MIN이 (1)식을 만족하는 경우에는, 그 용융 Al 도금 강선은 전체 길이에 걸쳐 연선 제조시의 비틀림 파단이 회피되는 성능을 갖고 있다고 판단할 수 있다.

상기의 (1)식을 만족하는 용융 Al 도금 강선은, 용융 Al 도금시에 Al 도금 부착량을 균일화하는 수단을 적용함으로써, 그 후에 신선 가공을 실시하지 않고, 용융 Al 도금 공정으로 직접 제조할 수 있다. 예를 들어, 이하의 수법에 의해 제조 가능한 것이 확인되었다.

우선, 용융 Al 도금 강선은, 직경 0.05 내지 0.50mm의 강 심선으로 이루어진 소재 강선 또는 상기 강 심선의 표면에 평균 두께 5μm 이하의 Zn 도금층 또는 Ni 도금층을 갖는 도금 강선으로 이루어진 소재 강선을 용융 Al 도금욕에 침지한 후 기상 공간에 연속적으로 끌어올리는 방법으로 제조할 수 있다.

도 5에, 상기 제조 방법의 실시에 사용할 수 있는 용융 Al 도금 강선 제조 설비의 구성의 일례를 모식적으로 나타낸다. 도금욕조(50) 중에 용융 Al 도금욕(1)이 수용되어 있다. 송출 장치(51)로부터 송출된 강선(3)은 화살표 방향으로 연속적으로 반송되어, 용융 Al 도금욕(1) 속을 통과한 후, 욕면(10)으로부터 연직 상방으로 끌어 올려져서, 차폐체(4)에 의해 대기 환경(2)으로부터 차단된 기상 공간(8) 속을 통과한다. 차폐체(4)의 상부에는 강선(3)이 통과하는 개구부(7)가 있다. 끌어올리는 과정에서 강선 표면의 도금 금속이 응고하여 용융 Al 도금 강선이 되고, 권취 장치(52)에 의해 권취된다.

도 6에, 강선(3)이 용융 Al 도금욕(1)을 통과한 후, 욕면(10)으로부터 연직 상방으로 끌어 올려지는 욕면 위치의 상황을 모식적으로 나타낸다. 강선(3)에 수반되어 도금욕(1)이 솟아오르고, 강선(3)의 주위에는 메니스커스(70)가 형성되는 동시에, 메니스커스(70)로부터 떨어진 곳에서는, 욕면(10)의 높이가 거의 수평을 유지하게 된다. 이 높이를 「평균 욕면 높이」라고 부른다. 또한, 강선(3)이 끌어 올려지는 욕면 위치를 「도금욕 상승부」라고 부른다(부호 5).

차폐체(4)의 내부의 기상 공간(80)에는, 강선(3)이 끌어 올려지는 욕면 위치(도금욕 상승부(5))에 불활성 가스를 분사하기 위한 노즐(61)이 배치되어 있다. 그 불활성 가스는 불활성 가스 공급 장치(57)로부터 관로(56)를 통해 노즐(61)에 공급된다. 관로(56)의 도중 또는 불활성 가스 공급 장치(57)의 내부에 가스 유량 조정 기구(도시하지 않음)가 설치되고, 노즐(61)로부터 토출되는 불활성 가스의 유량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 노즐(61)은, 끌어올려진 강선의 평균 욕면 높이 20mm 이상의 부분에 상기 노즐(61)로부터의 불활성 가스 토출류가 닿지 않도록 불활성 가스 토출 방향이 조정되어 있다. 즉, 노즐(61)로부터 토출된 불활성 가스는, 도금욕 상승부(5)를 포함하는 도금욕면(6)의 일부분 및 도금욕 상승부(5)로부터 끌어올려진 강선(3)의 평균 욕면 높이가 20mm 미만의 영역의 일부분에 직접 닿아, 그 부분의 산소 농도가 낮게 유지된다. 노즐(61), 관로(56), 불활성 가스 공급 장치(57) 및 가스 유량 조정 기구(도시하지 않음)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성되어 있다. 불활성 가스로서는 질소 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등을 들 수 있다. 또한 차폐체(4)의 내부의 기상 공간(8)에는, 산소 함유 가스를 도입하기 위한 토출구(62)를 갖는 관로(63)가 설치되어 있고, 필요에 따라 차폐체(4) 내부의 산소 농도가 조정된다.

차폐체(4) 내의 기상 공간(8)을 통해서 끌어올려진 강선(3)은, 끌어올려지는 과정에서 냉각되어, 도금층이 응고한다. 끌어올리는 과정에는 필요에 따라 냉각 장치(53)가 설치되고, 가스나 액체 미스트의 분사 등에 의해 강제 냉각할 수 있다. 또한, 송출 장치(51)와 도금욕(1) 사이에 열처리 장치를 삽입할 수 있다. 열처리 분위기로서는 예를 들어 환원성 가스 분위기(H₂-N₂ 혼합 가스 등)를 채용할 수 있다. 열처리 장치에서 도금욕(1)에 침지될 때까지의 구간에 대기로부터 차폐하기 위한 스나웃을 설치하는 경우도 있다. 또한, 이전 공정에서 예비 도금이나 신선 등을 수행할 경우에는, 그 이전 공정의 장치와 당해 도금 장치를 직렬로 배치하여 연속 라인을 구축할 수 있다.

상기 (1)식을 만족하도록 용융 Al 도금 부착량을 균일하게 하기 위해서는, 도 5의 장치를 사용할 경우, 예를 들어 또한, 도금욕 상승부에 접촉 부재를 설치하고, 끌어 올려지는 강선(3)을 그 접촉 부재에 접촉시키는 수법을 채용하는 것이 효과적이다.

도 7에 그 수법을 모식적으로 예시한다. 도금욕 상승부(5)로부터 연직으로 끌어올려지는 강선(3)에 접촉하도록 접촉 부재(31)가 설치되어 있다. 접촉 부재(31)의 강선(3)과의 접촉부는 예를 들어 내열 클로스 등으로 구성할 수 있다. 강선(3)이 접촉 부재(31)와의 접촉 상태를 유지하면서 끌어 올려짐으로써, 강선(3)의 미소 진동이 억제되고, (1)식의 조건을 만족하는 선 지름 변동이 적은 용융 Al 도금 강선을 제조할 수 있다.

용융 Al 도금에 제공하는 소재 강선으로서는, 전술한 바와 같이, Zn 도금 강선이나 Ni 도금 강선 등, 예비 도금을 실시한 것을 사용할 수 있다. 예비 도금이 없는 맨살의 강선을 용용 Al 도금에 제공하는 경우에는, 환원 열처리를 거친 후, 대기에 접촉하지 않도록 스나웃 안을 통과시켜서 연속적으로 용융 Al 도금욕 중에 진입시키면 좋다. 강 심선은, 종래로부터 Zn 도금 강선이나 Ni 도금 강선으로서 사용되고 있는 강종(鋼種) 외에, 필요에 따라 스테인리스강을 적용할 수도 있다. 스테인리스강은, Cr을 10질량% 이상 함유하는 합금강이다. 예를 들어, JIS G4309: 2013으로 규정되어 있는 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계 등의 스테인리스강종을 들 수 있다. 구체예로서, SUS301, SUS304 등의 일반적으로 오스테나이트상이 준안정이라고 여겨지는 스테인리스강, SUS305, SUS310, SUS316 등의 안정 오스테나이트계 스테인리스강, SUS405, SUS410, SUS429, SUS430, SUS434, SUS436, SUS444, SUS447 등의 페라이트계 스테인리스강, SUS403, SUS410, SUS416, SUS420, SUS431, SUS440 등의 마르텐사이트계 스테인리스강 등을 비롯하여, SUS202번대로 분류되는 크롬-니켈-망간계의 스테인리스강 등을 들 수 있는데, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 스테인리스강을 심선에 적용하는 경우에는, 예비 도금으로서 Ni 도금을 실시해 두는 것이 바람직하다.

용융 Al 도금욕은, Si 함유량을 0 내지 12질량%로 할 수 있다. 즉, Si 무첨가의 순 Al 도금욕을 적용할 수 있는 것 외에, Si를 12질량% 이하의 범위로 함유하는 Al 도금욕을 적용할 수도 있다. Si를 첨가함으로써 강 심선과 Al 도금층 사이에 생성하는 무른 Fe-Al계 합금층의 성장을 억제할 수 있다. 또한 Si 첨가에 의해 융점이 저하되므로 제조가 용이해진다. 단, Si 함유량이 증가하면 Al 도금층 자체의 가공성이 저하된다. 또한 도전성 저하로도 이어진다. 따라서, Al 도금욕(1)에 Si를 함유시키는 경우에는 12질량% 이하의 범위로 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 욕 중에는 예를 들어 Fe, Cr, Ni, Zn, Cu 등의 불순물 원소가 불가피적으로 혼입하는 경우가 있다.

Al 도금 부착량은, 길이 방향에서의 용융 Al 도금층의 평균 두께로 5 내지 50μm로 하는 것이 바람직하다. Al 도금 부착량이 너무 적으면, 연선 가공이나, 그 후의 코킹 가공 등에서 강 소지(素地)가 노출될 우려가 있어, 내식성 저하의 요인이 된다. 한편, Al 도금 부착량이 과잉이 되면 강 심선의 단면 비율이 상대적으로 저하되어, 단위 선 지름당의 강도가 저하된다.

실시예

도 5에 도시한 구성의 용융 Al 도금 강선 제조 장치를 사용하여, 용융 Al 도금 강선을 제조하였다. 욕면으로부터 강선이 끌어 올려지는 기상 공간을 차폐체로 차단하고, 그 기상 공간의 산소 농도는 0.1체적% 이하로 하였다. 도금욕 상승부에 접촉 부재(도 7 참조)를 마련하여 강선을 그 접촉 부재에 접촉시키면서 끌어올린 제조예와, 접촉 부재를 사용하지 않고 욕면으로부터 그대로 강선을 끌어올린 제조예를 실시하였다. 상기 접촉 부재로서 스테인리스강제 각봉의 표면에 내열 클로스를 감은 것을 사용하였다. 접촉 부재의 각봉은 욕조에 고정되어 있다. Al 도금욕은 순Al욕, 또는 Si를 첨가한 Al-Si욕으로 하였다.

용융 Al 도금에 제공하는 소재 강선으로서는, JIS G3560의 경강선재를 심재로 한 Zn 도금 강선, Ni 도금 강선, 또는 맨살의 강선을 사용하였다. 이중 Zn 도금 강선은 직경 1.0mm의 용융 Zn 도금 경강선을 드로잉에 의해 신선 가공하여 소정의 직경으로 한 것이다. Ni 도금 강선, 및 맨살의 강선에 대해서도 신선 가공에 의해 소정의 직경으로 조정하고 있다. 소재 강선의 Zn 도금 또는 Ni 도금(예비 도금)의 두께는, (소재 강선의 외경 D₁―강 심선의 지름 D₀)/2에 의해 알 수 있다.

수득된 용융 Al 도금 강선에 대하여, 도 3에 도시한 비틀림 시험 장치를 사용하여 상술한 방법(척 간 거리 100mm, 하중 50g)에 의해 파단 비틀림 횟수를 구하였다. 결과를 표 1에 기재한다. 또한, (D_A-D_MIN)/D_A와 파단 비틀림 횟수의 관계는 전술한 도 4에 도시한 바와 같다.

또한, 수득된 용융 Al 도금 강선의 지름에 대해서는 전술한 바와 같이, 평균 지름 D_A는 각 용융 Al 도금 강선의 전체 길이 약 100 내지 8000m의 측정 데이터에 기초한 값을 채용하고, 최소 지름 D_MIN은 실제로 비틀림 시험에 제공한 선재의 척 간 거리 100mm의 측정 데이터에 기초한 값을 채용하였다.

[표 1]

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 접촉 부재를 사용하지 않고 욕면으로부터 그대로 강선을 끌어올린 경우에는 상기 (1)식을 충족하는 용융 도금 부착량의 균일화를 실현할 수 없었다. 그 결과, 내비틀림성이 나빴다.

이에 대하여, 접촉 부재를 사용한 본 발명예의 것은 상기 (1)식을 충족하는 바와 같이 용융 Al 도금 부착량이 균일화되었다. 이것들은 파단 비틀림 횟수가 50회를 상회하고, 용융 Al 도금인 채로의 상태에 있어서, 비틀림이 가해지는 연선 가공에 견딜 수 있는 내비틀림성을 갖는다고 평가된다.

1 용융 Al 도금욕
2 대기 환경
3 강선
4 차폐체
5 도금욕 상승부
6 차폐체 내부의 욕면 부분
7 개구부
8 기상 공간
10 욕면
21 중심 소선
22 주변 소선
23, 24 공급 보빈
25 회전반
30 연선
31 접촉 부재
41a, 41b 척
42 선재 시료
43 추
50 도금욕조
51 송출 장치
52 권취 장치
53 냉각 장치
56 불활성 가스 공급관
57 불활성 가스 공급 장치
58 릴
61 불활성 가스 토출 노즐
62 산소 함유 가스 토출구
63 산소 함유 가스 공급관
64 산소 함유 가스 공급 장치

Claims (4)

1. 직경 0.05 내지 0.50mm의 강(鋼) 심선(芯線)을 심재(芯材)에 갖는 용융 Al 도금 강선(鋼線)으로서, 그 길이 방향에서의 평균 지름 D_A(mm) 및 최소 지름 D_MIN(mm)이 하기 (1)식을 만족하는 용융 Al 도금 강선.
   (D_A―D_MIN)/D_A≤0.10 …(1)
2. 제1항에 있어서, 당해 용융 Al 도금 강선은 용융 Al 도금 후에 신선(伸線) 가공을 받지 않은 것인, 용융 Al 도금 강선.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 용융 Al 도금 강선을 소선(素線)에 사용하여, 당해 용융 Al 도금 강선에 비틀림이 가해진 상태에서 다른 소선과 함께 꼬아서 합쳐진 연선(撚線).
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 용융 Al 도금 강선을 소선에 사용하여, 당해 용융 Al 도금 강선에 비틀림이 가해지는 수법으로 다른 소선과 함께 권취하는 연선의 제조 방법.

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