KR20200140635A - 냉간 인발용 코팅제 및 이를 이용한 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

냉간 인발용 코팅제 및 이를 이용한 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법은 블라스트 공법에 의해 소재의 표면 개질을 수행하고, 표면 개질된 소재에 비반응성 결정질 윤활 피막을 형성하여 종래의 냉간 인발 제조 공정에 비하여 공정을 단순화하고, 인산아연피막 공정을 사용하지 않기 때문에 인 성분의 잔존 문제를 해결하며, 금속비누 공정을 사용하지 않아 분진 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

냉간 인발용 코팅제 및 이를 이용한 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법{Lubricating Coating Film for Cold Drawing and Method for Manufacturing Cold Drawing of Profiled Bar Using the Same}
본 발명은 냉간 인발용 코팅제 및 이를 이용한 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 블라스트 공법에 의해 소재의 표면 개질을 수행하고, 표면 개질된 소재에 비반응성 결정질 윤활 피막을 형성하여 종래의 냉간 인발 제조 공정에 비하여 공정을 단순화하는 냉간 인발용 코팅제 및 이를 이용한 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동화 설비와 자동차용 부품에 사용되는 이형봉강은 자동화 설비의 선형 베어링과 자동차용 기어류 부품에 사용된다.
이형봉강은 탄소강, 합금강 또는 스테인리스강으로 제조되고, 일정한 형태와 길이로 성형되는 과정에서 길이 방향으로 요구되는 치수와 형태로 형성된다.
이러한 이형봉강의 냉간 가공 방법은 인발기에 의한 인발 가공 방법과, 냉간 압연기에 의한 압연 가공 방법이 알려져 있다.
이 중 인발기에 의한 인발 가공 방법은 압연 가공 방법에 비해 치수 정밀도가 우수하고 표면이 미려한 이형봉강을 제조할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법을 나타낸 도면이다.
종래 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법은 전처리로 윤활성을 확보하기 위하여 윤활 처리 공정이 필요하며, 산세 공정(S10), 수세 공정(S11), 인산아연피막 공정(S12), 중화 공정(S13), 금속비누 도포공정(S14), 건조 공정(S15) 및 인발 공정(S16)을 포함한다.
이형봉강의 냉간 인발 제조 공정은 표면 스케일을 제거하기 위한 산세 공정(S10)과, 산세 처리된 소재를 상온의 물이 저장된 수세조에 침지시켜 소재의 표면에 부착된 산용액을 제거하는 수세 공정(S11)과, 소재의 표면에 인산아연의 피막을 형성하는 인산아연피막 공정(S12)과, 중화 공정(S13)과, 금속비누 도포공정(S14), 건조 공정(S15) 및 인발 공정(S16)을 포함한다.
종래의 이형봉강의 윤활 공정은 산세 공정, 수세 공정, 인산아연피막 공정, 중화 공정, 금속비누 도포공정이 순차적으로 진행되며, 각 공정마다 반응성 화학 물질을 넣은 탱크에 소재가 이동하면서 진행된다.
이러한 윤활 공정은 약 9 내지 10가지 공정으로 이루어져 공정이 복잡하며, 산세, 수세, 인산아연피막공정, 중화공정, 비누도포공정 등 공정의 수행에 개별 탱크가 요구되며, 인산아연피막공정이나 비누도포공정을 수행한 이후 분진이 발생하는 문제점이 있다. 또, 종래의 인산아연피막공정의 결과 인(P)이 이형봉강에 잔존하여 후속 공정에서 내부로 확산함으로써 기계적 특성이 저하되는 단점이 있다.
한국 등록특허번호 제10-1844023호
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 종래에 비해 공정을 보다 단순화하는 냉간 인발 이형봉강 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 개별 탱크의 소요를 감소시키는 이형봉강 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 피막 형성 후 인(P)이 잔존하지 않는 신규한 윤활 피막 형성 공정을 구비한 이형봉강 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 금속비누 공정을 사용하지 않아 분진 발생을 방지할 수 있는 이형봉강 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전술한 이형봉강 제조 방법에 적합한 냉간 인발용 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 냉간 인발용 코팅제는,
알칼리 산화물, 알칼리 설페이트 및 알칼리 카보네이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 화합물을 전체 100 중량%를 기준으로 10 내지 25 중량% 함유한 윤활 피막 수용액인 것을 특징으로 한다.
이형봉강의 냉간 인발용 코팅제는 황산칼륨(Potassium Sulfate, K2SO4), 황산나트륨(Sodium Sulfate, Na2SO4), 탄산나트륨 수화물(Sodium Carbonate Hydrate, Na2CO3·H2O)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법은,
소재의 표면에 잔존하는 스케일을 제거하기 위하여 쇼트 블라스트 공법 또는 샌드 블라스트 공법에 의해 상기 소재의 표면 개질을 수행하는 단계;
상기 표면 개질된 소재를 윤활 피막 수용액에 침지시켜 소재의 외주면에 비반응성 결정질 윤활 피막을 형성하는 단계; 및
상기 비반응성 결정질 윤활 피막이 형성된 소재를 인발 금형에 밀어 넣어 고정한 후, 상기 소재의 표면에 인발용 윤활유를 분사함과 동시에 인발 금형의 내측을 통과시켜 인발 공정에 의해 이형봉강을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 종래의 냉간 인발 제조 공정에 비하여 공정을 단순화하고, 인산아연피막 공정을 사용하지 않기 때문에 인 성분의 잔존 문제를 해결하며, 금속비누 공정을 사용하지 않아 분진 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비반응성 결정질 윤활 피막을 X선 회절분석법을 이용하여 주성분 원소를 분석한 XRD 데이터를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인발 공정 전과 후의 소재의 단면을 비교한 결과를 나타낸 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비반응성 결정질 윤활 피막을 X선 회절분석법을 이용하여 주성분 원소를 분석한 XRD 데이터를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인발 공정 전과 후의 소재의 단면을 비교한 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법은 표면 개질 처리 공정(S100), 비반응성 결정질 윤활 피막 공정(S102), 건조 공정(S104), 윤활유 도포 및 인발 공정(S106)을 포함한다.
표면 개질 처리 공정(S100)은 탄소강, 합금강 또는 스테인리스강의 소재의 표면에 잔존하는 이물질 제거와 열간 압연 공정을 제조되는 이형봉강의 경우, 표면에 산화 스케일이 잔존하기 때문에 이형봉강의 표면을 쇼트 블라스트 공법 또는 샌드 블라스트 공법에 의해 상기 소재의 표면 개질을 수행한다.
쇼트 블라스트 공법은 원재료의 표면의 다듬질 가공을 하기 위하여 금속재의 쇼트 볼(Shot Ball)을 쇼트 블라스트기에 의해 소재의 표면에 분사하여 원재료의 표면을 개질하는 공법이고, 샌드 블라스트 공법은 철, 세라믹과 같은 연마재 및 압축 공기를 분사하는 샌드 블라스트기에 의해 소재의 표면에 분사하여 소재의 표면을 개질하는 공법을 말한다.
비반응성 결정질 윤활 피막 공정(S102)은 표면 개질된 소재를 윤활 피막 수용액에 침지시켜 소재의 외주면에 비반응성 결정질 피막을 형성한다.
본 발명에서 윤활 피막 수용액은 비반응성 결정질 피막제를 포함한다.
상기 윤활 피막 수용액은 전체 100 중량%를 기준으로 10 내지 30 중량%의 윤활 피막제를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 윤활 피막제 붕사를 포함할 수 있다. 상기 윤활 피막 수용액 내의 상기 붕사 함량은 20~30 중량% 포함되는 것이 바람직하다.
다른 실시예로서, 상기 윤활 피막제는 알칼리 산화물, 알칼리 설페이트(Sulfate)나 알칼리 카보네이트(Carbonate) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상술한 화합물은 그 화합물의 수화물을 포함할 수 있다.
예시적으로, 상기 윤활 피막제는 K2SO4, Na2SO4 및 Na2CO3·H2O의 혼합물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 윤활 피막 수용액 내의 윤활 피막제 함량은 10~25 중량% 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 비반응성 결정질 윤활 피막 공정은 적절한 온도에서 수행될 수 있다.
예컨대, 붕사를 포함하는 윤활 피막 수용액의 경우, 70 내지 80도 가열된 윤활 피막 수용액 내에 이형봉강을 침지하여 비반응성 결정질 피막을 형성한다.
다른 예로, 윤활 피막제로 알칼리 옥사이드, 알칼리 설페이트 및/또는 알칼리 카보네이트를 포함하는 경우, 윤활 피막 수용액은 50 내지 60도의 온도로 가열된 수용액 내에 이형봉강을 침지하여 비반응성 결정질 피막을 형성한다.
도 3은 본 발명의 일실시예로서 윤활 피막제의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그
래프이다.
도 3을 참조하면, 황산칼륨(Potassium Sulfate, K2SO4), 황산나트륨(Sodium Sulfate, Na2SO4) 및 카보네이트로서 소듐 카보네이트 하이드레이트(Sodium Carbonate Hydrate, Na2CO3·H2O)의 피크를 확인할 수 있다.
비반응성 결정질 윤활 피막 공정(S102)은 냉간 인발을 진행 시 윤활유와 소재의 결합력을 높이고, 소재의 손상을 방지하며, 소재의 소착이나 점착의 발생을 방지할 수 있다.
건조 공정(S104)은 비반응성 결정질 피막이 형성된 소재를 부착성 및 수분을 제거하기 위하여 열풍기를 이용하여 90 내지 140도에서 열풍 건조를 수행한다.
윤활유 도포 및 인발 공정(S106)은 열풍 건조를 수행한 후, 비반응성 결정질 피막이 생성된 소재의 표면에 인발용 윤활유를 도포하여 뛰어난 윤활성을 발휘할 수 있다.
윤활유는 전체 100 중량%를 기준으로 90 내지 95 중량%의 지방산 에스터(Fatty Acid Methyl Ester)와 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene Wax) 분산액과, 5 내지 10%의 황(S)을 포함하며, 90 내지 120cSt의 점도를 가진다.
윤활유 인발 도포 및 인발 공정(S106)은 인발기를 이용하여 인발 금형에 밀어 넣어 고정한 후, 소재의 표면에 인발용 윤활유를 분사함과 동시에 인발 금형의 내측을 통과하도록 수평 방향으로 잡아 당기면서 이동시켜 이형봉강을 제조한다.
이형봉강의 냉간 인발용 코팅제는 비반응성 결정질 윤활 피막과 인발용 윤활유를 포함할 수 있다.
냉간 인발 이형봉강의 제조 방법의 일실시예를 나타내면 다음과 같다.
본 발명은 윤활 피막 및 윤활유를 사용하여 S55C 탄소강 봉재를 직선 이송용 레일을 통해 이동시켜 냉간 인발을 수행하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 인발 공정 전과 후의 소재의 단면을 비교한 결과로 이형봉강의 단면 감소율 23% 정도로 냉간 인발을 진행한다.
표면 개질 처리 공정은 소재의 외주면 이물질 제거와 피막의 부착능 향상을 위해서 쇼트 블라스트 공정을 진행한다.
비반응성 결정질 윤활 피막 공정은 2가지 종류로서 붕사가 함유된 수용액을 이용한 붕사 윤활 피막(제1 실시예)과, 산화나트륨(Na2O)에 탄산나트륨이 물과 반응하여 생성된 물질이 혼합된 수용액을 이용한 윤활 피막(제2 실시예)을 형성한다.
제1 실시예의 윤활 피막은 붕사로 구성된 비반응성 결정질 피막을 형성하기 위해서 붕사(25%)가 함유된 수용액을 75도로 가열하고, 소재를 15분간 침지하며, 100도의 열풍을 이용하여 건조 공정을 진행하였다.
제2 실시예의 윤활 피막은 비반응성 결정질 피막을 형성하기 위해서 산화나트륨에 황산칼륨, 황산나트륨, 탄산나트륨이 물과 반응하여 생성된 물질이 혼합된 수용액(20%)을 80도로 가열하고, 소재를 5분간 침지하며, 100도의 열풍을 이용하여 건조 공정을 진행하였다.
윤활 피막을 형성한 소재는 인발기를 이용하여 인발 금형에 투입한 후, 소재의 표면에 윤활유를 분사함과 동시에 인발 공정을 진행한다.
윤활유는 지방산 에스터(Fatty Acid Methyl Ester)와 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene Wax) 분산액(92%)이고, S(7%), 100cSt 점도를 가지며, 상온에서 사용하였다.
도 1과 같이, 종래 기술의 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법과 본 발명의 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법을 비교한 결과는 다음의 [표 1]과 같다.
Figure pat00001
[표 1]에서의 기호 의미는 ◎ 표시 또는 ○ 표시이면 양호한 것으로 평가한다. [표 1]에 나타난 바와 같이, 종래 기술의 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법과 본 발명의 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법은 표면 결함, 형상 검사, 금형 상태, 경도 시험의 특성 비교 결과가 동등한 수준으로 양호한 결과를 보여준다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 소재의 표면에 잔존하는 스케일을 제거하기 위하여 쇼트 블라스트 공법 또는 샌드 블라스트 공법에 의해 상기 소재의 표면 개질을 수행하는 단계;
    상기 표면 개질된 소재를 윤활 피막 수용액에 침지시켜 소재의 외주면에 비반응성 결정질 윤활 피막을 형성하는 단계; 및
    상기 비반응성 결정질 윤활 피막이 형성된 소재를 인발 금형에 밀어 넣어 고정한 후, 상기 소재의 표면에 인발용 윤활유를 분사함과 동시에 인발 금형의 내측을 통과시켜 인발 공정에 의해 이형봉강을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 윤활 피막 수용액은 전체 100 중량%를 기준으로 20 내지 30 중량%의 붕사(Borax)를 함유하는 것을 특징으로 하는 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 윤활 피막 수용액은 알칼리 산화물, 알칼리 설페이트 및 알칼리 카보네이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 화합물을 전체 100 중량%를 기준으로 10 내지 25 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 윤활 피막 수용액은 황산칼륨(Potassium Sulfate, K2SO4), 황산나트륨(Sodium Sulfate, Na2SO4) 및 탄산나트륨 수화물(Sodium Carbonate Hydrate, Na2CO3·H2O)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인발용 윤활유는 전체 100 중량%를 기준으로 90 내지 95 중량%의 지방산 에스터(Fatty Acid Methyl Ester)와 폴리에틸렌 왁스(Polyethylene Wax) 분산액과, 5 내지 10%의 황(S)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이형봉강의 냉간 인발 제조 방법.
  6. 비반응성 결정질 윤활 피막을 형성하기 위한 냉간 인발용 코팅제에 있어서,
    알칼리 산화물, 알칼리 설페이트 및 알칼리 카보네이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 화합물을 전체 100 중량%를 기준으로 10 내지 25 중량% 함유한 윤활 피막 수용액인 것을 특징으로 하는 이형봉강의 냉간 인발용 코팅제.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 윤활 피막 수용액은 황산칼륨(Potassium Sulfate, K2SO4), 황산나트륨(Sodium Sulfate, Na2SO4), 탄산나트륨 수화물(Sodium Carbonate Hydrate, Na2CO3·H2O)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이형봉강의 냉간 인발용 코팅제.
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