KR100657052B1 - 스틸 코드용 선재의 습식 신선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스틸 코드용 선재의 습식 신선 방법에 관한 것이다.

본 발명의 습식 신선 방법은, 11∼14%의 단면 감소율로 1차 패스 후 각 패스별 델타 파라메타 값이 순차적으로 증가하도록 하는 첫번째 신선조에서의 신선 단계와; 1패스와 마지막 패스의 델타 파라메타 값을 각각 하한과 상한으로 하여 패스별 델타 파라메타 값이 점차적으로 증가하도록 하는 두번째 신선조에서의 신선 단계와; 1패스와 마지막 전(前)패스의 델타 파라메타 값을 각각 하한과 상한으로 하여 패스별 델타 파라메타 값이 점차적으로 증가하도록 한 후 마지막 패스의 단면 감소율을 3∼6%로 하는 세번째 신선조에서의 신선 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 스틸 코드용 선재의 습식 신선 방법은, 화학성분 조정을 통하지 않고서도 선재의 내구성을 향상시킬 수 있기 때문에 상대적으로 고품질 선재에 대한 제조비용 절감이 가능하다.

콘, 스틸 코드, 다이스, 신선, 습식 신선

Description

스틸 코드용 선재의 습식 신선 방법{The wet drawing method of wire for steel cord}

도 1은 습식 신선기의 구성도,

도 2는 비교예 1의 습식 신선 패스 스케쥴.

도 3은 비교예 2의 습식 신선 패스 스케쥴.

도 4는 본 발명 방법에 의한 일실시예 습식 신선 패스 스케쥴.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

1. 습식 신선기 11. 습식 신선조

12. 콘 D. 신선 다이스

L. 습식 윤활제 S. 선재

본 발명은 스틸 코드용 선재의 습식 신선 방법에 관한 것으로, 더 자세하게 는 스틸 코드 제조에 사용되는 선재를 습식 신선할 때 신선 패스별로 신선 가공과 관련된 팩터인 델타 파라메타(Δ-parameter) 값을 달리 적용하는 동시에 최대 감면율을 20% 이하로 제어함으로써, 인장강도와 내피로성이 우수한 선재를 얻을 수 있도록 한, 스틸 코드용 선재의 습식 신선 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고무제품 보강용 스틸코드는, 소재 와이어 로드에 대하여 표면 스케일 제거 및 열처리 등의 전처리 과정을 실시한 후, 고무와의 접착성 향상을 위해 그 표면을 황동 도금층으로 피복하고, 이어서 도금층이 피복된 와이어 로드를 습식 신선기 중에서 소정의 직경에 도달할 때까지 단계적인 신선을 행하여 도금 신선선을 얻은 다음, 이 도금 신선선 여러 가닥을 일정한 피치로 꼬아 제조된다.

이때, 상기 황동 도금선의 신선 공정은 습식 윤활제가 채워진 다수의 챔버 내부 각각에 다단의 콘이 한 쌍씩 설치되고, 콘과 콘 사이에 다수개의 신선 다이스가 상·하 방향으로 구비되는 바, 각 콘에 안내되어 이동하게 되는 선재가 각 신선 다이스를 통과하는 과정에서 단계적인 직경 감소와 길이의 증가가 일어나도록 한 습식 신선기를 통하여 수행된다.

도 1은 습식 신선기의 구조를 개략적으로 보인 구성도로서, 이에 의거하여 습식 신선 과정을 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 습식 신선기(1)는 복수개의 습식 신선조(11)로 구성되며, 각 신선조(11) 내에는 다단 원판상인 한 쌍의 콘(12)이, 상·하 방향으로 배열된 다수의 신선 다이스(D) 전·후로 배치되며, 상기 콘(12)과 신선 다이스(D)는 습식 윤활제(L) 내에 침적된 상태이다.

즉, 각 신선조(11)로 인입되는 신선 대상 선재(S)는, 다단 원판상 콘(11)의 최상부(12A)를 거쳐 다이스(D)와 콘(11)을 반복적으로 거치면서 콘(11)의 직경이 가장 큰 최하부(12B)를 통하여 다음의 신선조(11)로 이동하게 되고, 상기 신선 대상 선재(S)는 강선의 이동 경로 상에 수직하게 설치된 신선 다이스(D)에 의해서 순차적인 단면 감소와 함께 길이가 증가하게 된다.

상기와 같은 방법으로 습식신선되는 선재 다수 본을 꼬아 만드는 스틸 코드는, 타이어 등의 고무 보강재로 사용되는 바, 특히, 사람의 안전과 직결되는 타이어의 내구성을 향상시키기 위하여서는 스틸 코드의 내피로성 향상이 무엇보다도 필요로 되며, 이를 위해서는 스틸 코드의 인장강도를 높여 주어야만 한다.

그러나, 스틸 코드의 인장강도를 향상시키기 위하여 종래에는 주로 소재에 합금원소를 첨가하는 방법으로 이루어져 왔는 바, 합금원소를 첨가하는 방법은 결국 최종 소선의 가공성을 저하시켜 생산성이 낮아지는 결과를 초래하게 되는 문제가 있다.

따라서, 합금원소를 첨가하지 않으면서 스틸 코드의 내구성을 향상시킬 수 있는 새로운 신선 가공법이 개발되었으며, 예를 들어, 일본 특허공개 특개평 9-24413에는 다이스 스케쥴과 신선율의 설계 감면율을 조정하여 콘에서의 슬립 속도율을 조정하는 방법이 개시되어 있으며, 슬립 속도율을 3∼8% 범위로 조절하면 단선율, 염회치, 다이스 수명, 신선에 필요한 소비 전력 등이 향상되는 것으로 나타나 있으나, 신선기를 개조하는 방법은 신선기 개조에 따른 고정비를 상승시키게 될 뿐 아니라, 설계 변경에 따른 범용성 등에 문제가 있다.

그리고, 유럽특허 EP 1013819A1에는 신선시 초기 감면율을 21∼29%까지 높였다가 낮추는 벨 타입(bell type)의 다이스 스케쥴이 개시되어 있으나, 이 방법은 지나치게 높은 감면율로 인하여 신선기에서 발생하는 진동이 증가하여 정밀한 신선에 문제가 될 수 있을 뿐 아니라, 과도한 슬립에 의한 마찰 증가에 따라 다이스 및 콘의 수명이 감소하게 되는 등의 문제가 있다.

본 발명은 스틸 코드의 내구성을 향상시키기 위한 종래의 방법들이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 신선기의 개조나 신선 작업성 저하 또는 특정 합금원소 첨가에 의한 소재 비용 증가 등이 없이 기존의 신선기를 사용하면서도 스틸 코드의 내구성을 향상시킬 수 있는, 스틸 코드용 선재의 습식 신선 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 다수 신선조에서의 패스별 델타 파파메타(Δ-parameter) 값의 제어에 의하여 달성된다.

본 발명 스틸 코드용 선재의 습식 신선 방법은, 다단 콘과 진행하는 선재 사이에서 슬립이 연속적으로 발생하게 되는 슬립형 습식 신선기를 이용하여 선재를 습식 신선시 일종의 신선 가공 관련 팩터인 델타 파라메타 값과 최종 감면율을 제어함에 그 기술적 특징이 있다.

즉, 본 발명은, 3조의 신선조로 구성된 습식 신선기로 선재를 신선시 각 조에서의 신선 가공 조건을 제어함으로써 선재의 내구성이 향상되도록 함에 특징이 있다.

상기 "델타 파라메타(Δ-parameter, R.N.Wright, Wire J.Int., Oct 1979)" 값이란, 다이스 감면 각도와 다이스 감면비 사이의 관계식으로 정의되는 파라메타로써, 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.

여기서, "Δ"는 델타 파라메타, "α"는 라디안(radian)으로의 다이스 반각, "r"는 다이스 감면율.

상기 수학식 1로 표현되는 신선 패스별 델타 파라메타 값이 1.5이하일 때 신선 특성이 가장 양호한 것으로 알려져 있으나, 실제 적용시에는 다이스 각도가 일정하게 고정되어야만 관리가 가능하고, 감면율은 슬립으로 인한 선재의 장력과 온도 등을 고려하여야 하기 때문에 전체 구간에서 델타 파라메타 값을 일정하게 유지할 수는 없고 바람직하지도 못하다.

따라서, 본 발명에서는 3조로 습식 신선기의 특성을 고려하여 각 신선조별로 패스별 델타 파라메타 값과 감면율을 구분하여 적용하였는 바, 첫번째 신선조에서 첫 패스의 경우 세멘타이트(cementite) 조직의 라멜라(lamella) 방향성을 신선 방향으로 유도함하여 선재의 연신율이 향상되도록 하기 위하여 단면 감면율을 11∼14%로 하였으며, 세번째 신선조에서는 마지막 패스 단면 감소율을 3∼6%로 하여 신선 후의 잔류응력이 최소화되도록 하였다.

이때, 첫번째 신선조에서의 첫 패스 단면 감소율이 11%에 미치지 못하면 연신율 향상 효과가 거의 없으며, 14%를 초과하는 경우에는 세멘타이트 조직의 파괴가 지나쳐 오히려 연신율 저하가 발생하게 되고, 세번째 신선조에서의 마지막 패스 단면 감소율이 3%에 미치지 못하면 신선 가공이 거의 이루어지지 않으며, 6%를 초과하면 잔류응력이 증가하여 선재의 내구성을 떨어뜨리게 된다.

그리고, 상기 첫번째 신선조에서의 첫 패스와 세번째 신선조에서의 마지막 패스를 제외한 다른 패스의 경우 단면 감소율에 대한 제한은 없으나, 20%를 초과하게 되면 선재의 물성치가 떨어지는 경향을 보이게 되고, 신선 작업성이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 가능한 20%를 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 델타 파라메타 값의 경우에는, 첫번째 신선조에서, 단면 감면율 조절이 필요한 첫 패스를 제외하고, 마지막 패스의 델타 파라메타 값이 1.26∼1.28 범위내로 제어되도록 하면서, 그 이전의 패스는, 마지막 패스에서 앞 패스로 갈수록 0.064∼0.066씩 패스별 델타 파라메타 값이 증가되도록 신선 조건을 설정한다.

즉, 예를 들어, 첫번째 신선조에서 8패스의 신선이 이루어지고, 델타 파라메타 값을 패스당 0.065씩 증가시키며, 최종 8패스의 델타 파라메타를 1.27로 할 경 우, 1패스에서는 델타 파라메타와 관계 없이 단면 감면율을 11∼14% 범위로 조절하고, 2패스부터 마지막 8패스까지의 각 패스별 델타 파라메타 값은, 각각 1.660, 1.595, 1.530, 1.465, 1.400, 1.335 및 1.270 이 되도록 신선을 실시한다.

또한, 2번째 신선조의 패스별 델타 파라메타 값은, 1.26∼1.28에서 1.61∼1.63까지, 3번째 신선조의 패스별 델타 파라메타 값은, 1.65∼1.67에서 1.99∼2.01까지 각각 패스당 동일한 간격으로 증가시키는 방법으로 신선 가공을 한다.

단, 3번째 신선조의 경우에도 마지막 패스는, 신선 후의 잔류응력을 고려하여 델타 파라메타 값이 아닌 단면 감소율 제어를 통하여 신선이 이루어지도록 하여야 한다.

즉, 예를 들어, 두번째 신선조에서 8패스의 신선이 이루어지고, 첫패스와 마지막 패스의 델타 파라메타 값을 각각 1.27과 1.62라 하면, 두번째 신선조의 패스별 델타 파라메타 값은 1패스에서부터 마지막 패스까지 각각 1.27, 1.32, 1.37, 1.42, 1.47, 1.52, 1.57, 1.62 이 된다.

그리고, 세번째 신선조에서도 8패스의 신선이 이루어지고, 첫패스와 마지막 전(前)패스 즉, 7패스의 델타 파라메타 값을 각각 1.27과 2.00이라 하면, 세번째 신선조의 패스별 델타 파라메타 값은 1패스에서부터 7패스까지 각각 1.27, 1.39, 1.51, 1.64, 1.76, 1.88, 2.00이 되며, 마지막 8패스는 단면 감소율이 3∼6% 범위에 오도록 신선을 실시한다.

상기와 같이 이루어지는 각 패스별 델타 파라메타 값과 단면 감소율 중의 어느 하나를 선택적으로 제어하게 되는 본 발명의 신선 방법에 의해 신선된 선재의 내구성 향상 정도에 대하여 다음의 실시예를 통하여 알아보기로 한다.

실시예

각 신선조당 8조의 신선 다이스가 설치된 3조의 신선조로 구성된 습식 신선기를 사용하여 황동 도금된 선재를 다음의 표 1과 같이 습식 신선하였으며, 총 24패스별 감면율과 델타 파라메타 값을 도 1 내지 3에 나타내었다.

다이스 패스 스케쥴	비교예 1	비교예 2	실시예
선재 탄소 함량(wt%)	0.86	0.86	0.86
패스 수	24	24	24
신전 전 선재 직경(mm)	1.40	1.40	1.40
신선 후 선재 직경(mm)	0.180	0.180	0.180
피 로 한(kgf/mm2)	100	90	140
비 고	도 1	도 2	도 3

신선 조건의 경우, 첫 패스와 마지막 패스를 제외하고, 비교예 1은, 모든 패스별 감면율과 델타 파라메타 값을 일정하게 유지되도록 신선을 실시하였고, 비교예 2는, 전(前)패스에서 후(後)패스로 갈수록 감면율이 감소하면서 델타 파라메타 값이 상승하도록 신선하였다.

그리고, 실시예의 경우, 첫번째 신선조에서는 후패스로 갈수록 감면율이 증가하면서 델타 파라메타 값이 감소하도록 한 후 두번째 및 세번째 신선조에서는 후(後)패스로 갈수록 감면율이 감소하면서 델타 파라메타 값이 상승하도록 신선하였다.

상기와 같은 세 가지 방법으로 신선을 실시한 선재의 내구성을 살펴보기 위하여 회전 굽힘 피로시험기를 이용하여 온도 30℃, 상대습도 20%, 회전속도 3600RPM 하에서 선재에 소정의 휨 응력을 부과한 후 10⁶ 회전 후 선재가 파단하지 않는 최대 휨 응력을 측정하였으며, 이를 피로한으로 정하였는 바, 상기의 표 1로부터 본 발명 방법에 의해 신선된 선재의 피로한은, 비교예 1에 비하여 40%, 비교예 2에 비하여 56%가 향상되었음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 스틸 코드용 선재의 습식 신선 방법은, 신선기의 개조를 비롯한 설비 투지 비용을 전혀 필요치 않을 뿐 아니라, 선재의 화학성분 조정을 통하지 않고서도 선재의 내구성을 향상시킬 수 있는 바, 상대적으로 고품질 선재에 대한 제조비용을 떨어뜨려 제품 경쟁력을 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 3조의 습식 신선조로 구성된 신선기로 선재를 신선하는 방법에 있어서,

   11∼14%의 단면 감소율로 1차 패스 후 다음의 수학식 1로 표현되는 각 패스별 델타 파라메타 값이 순차적으로 증가하여 최종 패스에서 1.26∼1.28 범위에 있도록 하는 첫번째 신선조에서의 신선 단계와;

   1패스의 델타 파라메타 값이 1.26∼1.28, 마지막 패스의 델타 파라메타 값이 1.61∼1.63 범위 내에 있도록 패스별 델타 파라메타 값을 점차적으로 증가시키는 두번째 신선조에서의 신선 단계와;

   1패스의 델타 파라메타 값이 1.65∼1.67, 마지막 전(前)패스의 델타 파라메타 값이 1.99∼2.01 범위 내에 있도록 패스별 델타 파라메타 값을 점차적으로 증가시킨 후 마지막 패스의 단면 감소율을 3∼6%로 하는 세번째 신선조에서의 신선 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 스틸 코드용 선재의 신선 방법.

   수학식 1

   

   여기서, "α"는 라디안(radian)으로의 다이스 반각, "r"는 다이스 감면율.
2. 제 1항에 있어서, 상기 첫번째 신선조에서의 각 패스별 델타 파라메타 증가분은 0.064∼0.066 임을 특징으로 하는 스틸 코드용 선재의 신선 방법.

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