[스프링강] 인간과 가장 가까운 특수강 '스프링강'

[스프링강] 인간과 가장 가까운 특수강 '스프링강'

"침대의 생명은 스프링이다.", "침대는 가구가 아니라 과학입니다." 모 기업체 광고 카피에 쓰인 이 말은 침대 스프링의 중요성을 강조한 멘트이다. 스프링은 이외에도 우리 일상생활과 산업분야에 폭 넓게 사용되고 있다. 볼펜 속 작은 스프링에서 체중계, 자동차 충격완충장치, 전자기기 및 총기/포신류 부품에 이르기까지 광범위하게 사용된다.

이와 같은 스프링은 형상에 따라 코일 스프링과 판 스프링으로 나눈다. 코일 스프링(Coil Spring)은 흔히 용수철이라 볼리는 것으로 원형으로 층층히 감겨져 있다. 반면, 판 스프링(Leaf Spring)은 나뭇잎(Leaf)을 겹쳐 놓은 것과 같은 모양으로 소형평강을 층층히 포개어 만든 것이다.

 

<<스프링강은 어떤 특성을 가져야 할까?>>

첫째, 스프링인 만큼 힘을 주어 누르거나 늘였다가 놓았을 때 원래 모양으로 되돌아 가는 능력이 우수해야 한다. 학창시절 볼펜 속 스프링을 빼내어 늘여본 적이 있을 것이다. 이때 조금 늘였다가 놓으면 금방 원래 모습으로 되돌아 가지만, 힘을 많이 주어 늘리면 원래 크기로 되돌아 가지 못한다. 이때 원래 형태로 돌아가는 경계점을 '탄성한계'라 한다. 탄성한계를 넘어서면 마치 '돌아올 수 없는 다리'를 건넌 것처럼 다시 돌아 올 수 없다. 만일 탄성한계가 낮은 일반철사로 스프링을 만든다면 조금만 당겼다가 놓아도 원래 형태로 되돌아 가지 못하고 늘어나 못쓰게 될 것이다. 모든 강철이 일정 크기의 탄성한계를 가지고 있지만, 탄성한계를 매우 크게 한 강이 바로 스프링강이다.

둘째, 반복되는 하중에 견디는 힘이 좋아야 한다. 자동차는 달리는 동안 자체 무게에 탑승인의 무게가 더해지고 여기에 도로 사정에 따라 충격이 반복된다. 이 같은 외부충격을 흡수하여 승차감을 높이는 역할을 바퀴 주위에 장착된 코일 스프링강이 담당한다. 만일 반복되는 하중을 견디지 못하고 스프링이 파손되면 승차감도 나빠진다. 이 같은 반복하중에 잘 견디는 힘을 '피로강도'라 하는데, 스프링강은 피로강도가 높아야 한다.

이외에도 스프링강은 갑작스런 충격에 견디는 성질(내충격성)도 좋아야 한다. 이러한 성질들을 높이기 위해 스프링강은 일반 강보다 탄소(C) 성분을 높이고 Si, Mn, Cr, V, B 등의 원소를 적절히 첨가하여 만들고 있다.

<<스프링강의 주요한 품질관리 포인트>>

우리회사는 국내 스프링강 대표기업이다. 주로 선재와 외판빌렛 형태로 생산하면 우리 소재를 2차 가공업체에서 가져 가 압연이나 신선 작업을 거쳐 최종 스프링 제품을 만든다. 그런데 앞서 설명한 스프링강에 요구되는 특성을 유지하려면 소재를 생산하는 과정에서 몇 가지 중요한 관리 포인트가 있다.

첫째, 산소 함량을 가능한 낮게 관리해야 한다. 산소는 우리 인간에게는 더 없이 중요한 것이지만, 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 등과 같이 산소를 좋아하는 성분과 결합하면 '비금속개재물'이라는 암세포 같은 것을 만들어 스프링 파손을 가져온다. 따라서 제강/정련 공정에서는 충분한 탈산작업으로 산소 함량을 낮게하고 재산화가 발생하지 않도록 관리하는 것이 중요하다.

둘째, 탈탄을 최대한 억제해야 한다. 탈탄이란 제품의 탄소(C) 성분을 외부로 빼앗기는 것인데, 압연이나 열처리를 하기 위한 가열작업시 발생한다. 탈탄이 생기면 강도가 떨어지고 탈탄이 없는 부분과 강도와 조직 차이가 생겨 외부충격에 약해진다. 그러므로 탈탄을 막는 가열온도 관리는 스프링강 작업의 필수이다.

마지막으로 중요한 것이 표면품질이다. 표면에 미세한 결함(예;크랙)이 있어도 이 부분을 시발점으로 결함이 급속도로 진행된다. 특히 스프링강은 승용차등 일상생활과 밀접한 관계가 있기 때문에 사소한 결함도 리콜과 같은 대형 품질문제로 비화될 수 있다.

<출처 : 포스코특수강>