엔지니어 기술블로그

◈ SPRING용 강선

소형 코일스프링, 선세공 스프링등 냉간 성형에 쓰이는 선은 미리 SPRING으로 해서 필요한 강한 성질을 냉간가공 또는, 오일 템퍼처리로 칭하는 열처리에 의해서 이루어지고 있다.
SPRING용 강선은 강종, 제조조건에 의해서 분류하는데 체계는 다음과 같다.

냉 간 가 공 선	탄소 강선	피아노선	JIS G 3522	SWP-A	0.08	~	6.0
		피아노선	JIS G 3522	SWP-B	0.08	~	6.0
		피아노선(v/v)	JIS G 3522	SWP-V	2.0	~	5.0
		경강선	JIS G 3521	SWB	0.08	~	10.0
		경강선	JIS G 3521	SWC	0.08	~	10.0
	합금 강선		JIS G 4314	SUS302-P(A,B)	0.08	~	12.0
		스프링용		SUS304-P(A,B)	0.08	~	12.0
		스테인레스강선		SUS316-WPA	0.08	~	8.0
				SUS631J1-WPC	0.10	~	6.0
열 처 리 선	탄소 강선	스프링용	JIS G 3560	SWO-A	2.0	~	12.0
		탄소강 오일템파선	JIS G 3560	SWO-B	2.0	~	12.0
		밸브스프링용	JIS G 3561	SWO-V	2.0	~	6.0
		탄소강 오일템파선	JIS G 3561	SWO-V	2.0	~	6.0
		밸브 스프링용	JIS G 3565	SWOCV-V	2.0	~	10.0
		Cr-V강 오일템파선	JIS G 3565	SWOCV-V	2.0	~	10.0
	합금	밸브 스프링용	JIS G 3566	SWOSC-V	1.6	~	8.0
	강선	Si-Cr강 오일템파선	JIS G 3566	SWOSC-V	1.6	~	8.0
			JSMA No5	SWOSM-A	5.0	~	14.0
		스프링용 실리콘		SWOSM-B	5.0	~	14.0
		망간강 오일템파선		SWOSM-C	5.0	~	14.0


	( SPRING용 강선의 규격체계 )
	1.피아노선(SWP)

피아노선은 선 SPRING과 떨어질 수 없는 관계에서 발전해 왔다. 높은 강도와 재질, 촌법에 엄한 균일 성을 요구하는 피아노 등의 악기에 사용되는 선과 고품질의 선 SPRING에 쓰이는 선과는 같은 성능이요구되는 것으로 피아노선 이라고 불리워지고 있으나, JIS G 3522 "피아노선"은 SPRING용을주 목적으로 해서 규정되어 있는 선 SPRING 재료의 대표적이다.
가혹한 조건 아래서 쓰이고 있는 내연기관 밸브 SPRING, 소형 전기기, 카메라, 사무기등에 사용하고 있는 고응력의 SPRING은 피아노선의 품질이 SPRING의 보증 수명을 좌우하는 것으로 되어 있다.피아노선은 0.75~0.85%의 C를 갖고 있는 고탄소강을 인발가공을 용이케 하여 빼어낸후에 훌륭한 성질을 주기 위해 파텐딩딩이라고 하는 열처리를 하고 나서 주의깊은 냉간 인발에 따라서 고강도와 인성을 주어진것으로 선경 0.16mm가 되면 그의 인장강도는 300kg/㎟로 되고, 실용재료로 해서는 최고의 강도를 유지한다.
그리고 피아노선은 SPRING 성형후 성형에 의한 유해한 잔류 응력의 제거와 스프링 성능개선을 위하여 나마시를 시행한다.SPRING에 탄성한을 높게, 처짐을 방지하는 경우에는 200~250℃, 피로강도를 향상시키는 경우에는300~350℃의 저온의 열처리를 실시한다

2.경강선

경강선은 피아노선과 같은 방법으로 냉간 인발에 의햐여 인장강도 등의 SPRING성이 주어져 있지만,피아노선과 비교하면 선재및 선의 제조 방법이 좀 부드럽지만 선의 품질은 피아노선보다 전반적으로 가격이 떨어지는 것으로 된다. 그러나 SPRING 가운데는 사용상 끝없이 심한 반복 하중이 걸리지 않는것, 단순하게 일정의 SPRING 작용이 있는것만으로도 좋은것이 많으므로 이때에는 고급, 고가의 피아노선은 과잉품질이 되므로 경강선이 쓰인다.
경강선에는 A종, B종, C종 등 3종이 있는데 SPRING용 규격은 A종은 인장강도가 낮고 그외에는 사용상 같다. 경강선은 시장에서는 A종은 40카본, B종은 60카본, C종은 80카본으로 카본량을 표시하고 있지만 인장강도의 범위에 따라서 그 종류가 달라진다. 경강선은 고도의 내피로성을 요구하는 경우에는 부적합하지만 적당한 강도가 있어서 성형 가공성이 필요한 것에는 충분한 경제적인 SPRING용 강선이다.

3.오일 템파선

오일템파선은 원어에 OIL TEMPERED WIRE를 생략하여 부르는것으로 생각하면 좋다. 냉간 인발 강선의 피아노선, 경강선, 스테레스 강선은 냉간 신선에 의해서 최종적으로 선에 기계적 성질을 준데 반하여 오일템파선은 냉간 신선된 후 선을 연속적으로 직선 상황에서 기름야기, 나마시를 행해서 (일템파처리 라고 함) 기계적 성질을 준것으로 선을 펼쳤을때 직선으로 뻣는 성질과 항복비가 높고 선경이 큰것도 제조가 용이한 특징을 가지고 있다.
오일템파선은 구미, 특히 미국에 있어서 오래전부터 발전 진보해 있으며 일본은 32년에 스프링공업회 규격 JSMA로 해서 현재에 "스프링용 탄소강 오일템파선, 밸브 스프링용 탄소강 오일템파선, 밸브 스프링용 크롬바나듐강 오일템파선"의 3규격으로 전신이 제정된 이후로부터 차제에 보급 발달해 왔다. 3규격 외에 "밸브 스프링용 실리콘 크롬강 오일템파선, 스프링용 실리콘 망간강 오일 템파선 등 현재 2규격이 제정되어 여기저기에 수요분야를 만족시키고 있다.
스프링용 탄소강 오일 템파선"은 C 및 Mn의 범위가 넓게 표시되어 있으나 선의 소재로되는 선재는 경강선재를 써서 "SWO-A"가 SWRH 57(A,B)~SWRH 72(A,B)를 사용하며, SWO-B"가 "SWRH 67(A,B)~SWRH 82(A,B)를 쓴다. 또 "밸브 스프링용 탄소강 오일템파선"의 선재는 SWRS 62 및 67B를 쓴다. SWOSC-V는 인장강도가 기타의 오알템파선은 물론, 피아노선 B종보다 선경 2.9mm이상의것은 높고 1.6mm의 선도 피아노선 B종에 대략 비등한 것이다.
각 오일템파선의 사용상 주의 해야할점은 냉간 신선한 타 재료보다 가공성이 나쁘므로 스프링 지수가 4이하 코일 스프링에는 사용을 피하는것이 좋다. 그리고 낮은 온도에서도 나마시때는 식산염계의 염용은 결정입개에 침입할 우려가 있으므로 피하는것이 좋다. 도금시 산으로 인한 수소취성을 받기 쉬우므로 피하는것이 좋다.

4.스프링용 스테인레스 강선

스테인레스 강선을 사용하는 주된요인은 내식성의 면에서부터 있었는데, 이전에는 황동, 양백,인청동 인청동 등 동합금의 분야에서 소량 사용 되었다. 그후 세선프링 분야에 수요증대에 따라서 품질도 개선되고 반면, 스프링 성형도 선의 표면 피막이나, 윤활류초경 공구에 사용등에서 개선되어 재료로서 스프링 특성은 피아노선 등에 비해서 약간 떨어지지만, 스프링 성형후에 방청처리등 특별한 표면처리는 필요하지 않고 경제성이 있다.
스프링용 스테인레스 강선은 일반의 스텐레스 강선과는 별개 규격으로 해서 JIS G 4314 "스프링용 스테인레스 강선"에 규정되어 있으며 이것은 오스테 나이트계 스테인레스강 또는 그것을 전환시킨것으로 그의 선재는JIS G 4308 스테인레스로서 쓰이고 있다. 그리고 SUS316은 비자성체라 불려지고 있으나 SPRING용에 SUS631 WPA는 가공경화의 시기에 일부 마르텐사이트 변태를 일으켜서 그 부분안에 자성을 발생시킨다. A형, B형, C형의 선을 쓸때는 SPRING 성형후의 성형 가공에한 유해한 잔류응력을 제거하고 SPRING 성질을 향상시키기 위하여 350 ~ 450℃에서 저온 열처리를 한다.
그리고 스테인레스 강선은 내식성이 우수하지만 본래에 순수한 스테인레스 자체는 엷고 세밀한 산화피막이대기중에서 형성되어 부동태기 되기위해 산화성 환경에서는 양호한 내식성을 표시하는 것이다. 따라서 유산등의 비산화성 환경에 있어서는 산화피막이 유지 않되고 활성이 되어서 전면 부식이 생기고 염소이온과 같은 피막을 파괴하는 인자가 존재하면 공식을 생기게 한다. 공식등의 위험이 있을떄는 초산과 같은 산화성에 산은 안정된 산화피막을 만들므로해서 20 ~ 30% 초산에 온액으로 씻어서 즉 부동태리를 하면 좋다. 열처리로 인한 변색을 제거하기 위해서는 환원성에 산으로 갖고있는 불산을 3% 전후 상기에 초산온액에 가하여 담그면 효과가 좋다.

5.동합금 SPRING 재료

SPRING 재료로서의 동합금은 전기 전도성, 비자성, 내식성이 우수하기 때문에 전기기기, 계측기등에 황동,인청동등이 사용된다.
1)황동 : 도전성,경제성에서 동합금 SPRING 재료중에서 비교적 우세하지만 타의것보다 인장강도가 낮고 질변태에 있어서 선이 최고 80 Kg/㎟, 줄이 53 kG/㎟로 있으므로 설계상의 응력을 높게할 수 없는 단점이 있다. 용도는 배선기구 부품에 적합하며 SPRING 성형후에 200~230℃DP 30'~1시간 저온열처리 하는것이 좋다.
2)인청동 : 인청동은 Cu 와 Sn의 합금으로 만든 청동이며 P는 탈산때문에 첨가된 것이나 0.03~0.35% 납은P의 강도및 내마모성을 높인다. 황동보다 성능이 우수하며 고가이며, 용도는 주로 전자, 전기, 계측기용의 스위치, 크리쿠타, 릴레이 등임. 성형후에 250℃ 전후에서 저온 열처리하는것이 좋다.
3)양백 : 양백은 양은이라고도 하고 구미에서는 게르만 실버 또는 니켈실버라고 한다. 전도율은 동합금보다 낮지만 내식성도 황동보다 좋고 기계적 성질은 인청동과 대개 동등하다. 성형후 응력제거 열처리는 320~350℃에서 하는것이 좋다.