MP35N 극세선(0.02–0.065 mm)의 신선 단선과 연속 소둔 강도 역전

MP35N은 코발트·니켈·크롬·몰리브덴 합금으로 체액에 대한 내식성과 피로 강도가 좋아 심장 박동기 리드의 도체로 흔히 쓰입니다. 리드가 가늘어지면서 도체선은 수십 마이크로미터까지 신선됩니다. 이 크기에서는 굵은 선에서 잘 드러나지 않던 두 가지 문제가 나타납니다. 신선 중 단선, 그리고 소둔 후 선의 직진성과 강도입니다.

이 글은 0.02–0.065 mm MP35N 극세선의 생산 기록을 정리하고, 관찰한 현상을 합금의 강화 기구로 해석합니다.

생산 조건

강도 수치는 생산 중에 기록한 대략적인 값으로, 정식 시험 계획에 따른 결과가 아닙니다. 소둔 후 연신율은 기록하지 않았습니다. 아래 분석은 개별 수치의 정확도가 아니라 추세에 근거합니다.

현상 1: 0.02 mm의 단선은 마지막 몇 패스에 몰린다

선경이 0.035 mm를 넘을 때는 신선 중 단선이 가끔 일어나는 정도입니다. 0.02 mm가 되면 단선이 주된 문제가 되고, 마지막 몇 패스에 몰립니다.

직접적인 결과는 끝까지 감기지 않는 스풀입니다. 단선할 때마다 그 스풀은 일찍 끝나 스풀당 무게와 길이가 흔들립니다. 편조와 권선에는 길이가 고른 가득 감긴 스풀이 필요하므로, 단선이 많을수록 후공정에서 이음과 교체가 늘어납니다.

선경에 대한 결함의 크기. 같은 크기의 결함이라도 가는 선일수록 차지하는 비율이 커집니다.

0.065 mm에서는 무시할 수 있는 결함이 0.02 mm에서는 파단을 일으키기에 충분합니다. 단선이 마지막 몇 패스에 몰리는 이유가 이것으로, 완성 치수에 가까워질수록 어떤 결함이든 상대적으로 커집니다.

소재 요인. 단선한 로트를 거슬러 올라가 보면 영향이 큰 것은 세 가지입니다.

1. 소재의 선경 공차. 선경이 고르지 않으면 다이스마다 실제 감면율이 흔들리고, 감면이 지나친 부분부터 끊어집니다.
2. 표면 결함. 긁힘, 겹침, 눌려 들어간 스케일은 패스를 거듭하면서 선의 중심 쪽으로 이동해 마지막 몇 패스에서 단선 지점으로 드러납니다.
3. 용해 방법. MP35N은 티타늄을 포함하며, 티타늄은 단단한 질화물·탄화물 개재물을 만듭니다. 이 입자들은 기지와 함께 변형되지 않아 세선에서는 파단의 기점이 되고, 완성된 리드에서도 피로 균열의 흔한 기점입니다. 진공 용해·재용해한 재료는 개재물이 적고 작습니다.

ASTM F562는 티타늄을 1.0%까지 허용하며 용해 방법은 정하지 않습니다. 그래서 똑같이 F562를 만족하는 서로 다른 히트라도 0.02 mm까지 신선할 때의 거동은 뚜렷이 다를 수 있습니다.

현상 2: 연속 소둔에서의 강도 역전

신선한 그대로의 MP35N 극세선은 감김 성향이 뚜렷해, 놓으면 고리 모양으로 말려 바로 편조나 삽입에 쓸 수 없습니다. 소둔으로 신선의 잔류 응력을 없애 곧게 만들어야 합니다.

0.035 mm 선을 온도별로 연속 소둔한 결과:

600 °C 미만에서는 선이 제대로 곧아지지 않습니다. 온도를 올려도 대부분의 금속처럼 강도가 꾸준히 떨어지지 않고, 먼저 떨어졌다가 다시 오릅니다. 590 °C에서 가장 낮고, 700 °C에서는 이미 신선 상태를 넘어섭니다.

고찰: 반대로 작용하는 두 과정

냉간 신선한 MP35N을 가열하면 강도를 반대 방향으로 움직이는 두 과정이 동시에 진행됩니다.

응력 제거(회복). 신선으로 생긴 잔류 응력이 풀리고 전위가 재배열됩니다. 선은 곧아지고 강도는 조금 떨어집니다. 빠른 과정으로, 몇 초면 충분합니다.

시효 강화. MP35N은 '냉간 가공 + 시효'로 가장 높은 강도를 얻는 합금으로, 냉간 가공된 조직은 가열하면 더 강화됩니다. 표준 시효 조건은 540–645 °C에서 4시간으로, 시간 단위입니다.

연속 소둔의 가열 시간은 몇 초에 불과합니다. 온도가 낮을 때는 시효 강화가 진행될 시간이 없어 응력 제거가 우세합니다. 온도가 오르면 시효 강화가 빨라져 같은 몇 초 안에 응력 제거의 효과를 따라잡고 넘어섭니다.

• 590 °C: 응력 제거가 시작되어 강도가 약 12% 떨어지지만, 잔류 응력이 남아 선이 아직 곧지 않다.
• 650 °C: 잔류 응력이 대부분 사라져 선이 곧다. 시효 강화가 작용하기 시작해 강도가 회복되지만 신선 상태보다는 낮다.
• 700 °C: 몇 초 사이의 시효 강화가 응력 제거로 인한 저하를 넘어서, 강도가 신선 상태보다 약 6% 높아진다.

따라서 여기서 설명한 연속 소둔 조건에서는 650 °C가 분기점입니다. 선은 곧아졌고 강도는 아직 올라가지 않았습니다. 이보다 높으면 강도가 리드 설계가 요구하는 범위를 넘을 수 있고, 낮으면 선이 곧아지지 않습니다. 창이 좁아 노 온도를 안정적으로 유지해야 합니다.

이 온도 관계는 몇 초 단위의 연속 소둔에만 해당합니다. 코일 단위의 배치 소둔은 시간 단위로 유지하므로 시효 강화가 더 낮은 온도에서도 충분히 진행되며, 온도와의 관계가 달라 그대로 적용할 수 없습니다.

ASTM F562 세선 납품 상태와의 관계

ASTM F562는 의료용 MP35N 선의 일반적인 규격으로, 세선을 소둔, 냉간 가공 Hard, 냉간 가공 Spring의 세 가지 납품 상태로 나눕니다. 이 글의 0.02–0.035 mm는 가장 가는 구간(0.0508 mm 미만)에, 0.06과 0.065 mm는 그 위 구간에 속합니다.

강도는 상하한이 있는 범위로 정해져 있어, 상한을 넘어도 불합격입니다.

650 °C에서 응력 제거한 0.035 mm 선은 약 1500 MPa로, 소둔 범위보다 높고 냉간 가공 Hard의 하한보다 훨씬 낮아 세 상태 어디에도 속하지 않습니다.

소둔 칸의 연신율 25–30%는 고온에서 완전히 소둔해 재결정·연화시킨 선의 값입니다. 응력 제거로 곧게 만든 선은 냉간 가공 강화의 대부분을 유지하므로 연신율이 이 수준보다 훨씬 낮습니다.

표에 없는 상태에 대해 F562는 기계적 성질을 구매자와 공급자의 합의에 맡깁니다. 세선의 연신율은 표점 거리에 크게 좌우되므로 표점 거리도 함께 정해야 합니다.

결론

1. MP35N을 0.02 mm까지 신선하면 단선이 마지막 몇 패스에 몰린다. 주된 원인은 선경에 비해 결함이 상대적으로 커지는 것이다. 소재의 선경 공차, 표면 품질, 용해 방법(개재물 수준)이 이 치수를 안정적으로 만들 수 있는지를 결정한다.
2. 몇 초 단위의 연속 소둔에서 0.035 mm 선의 인장강도는 온도에 따라 먼저 떨어졌다가 오른다. 590 °C에서 약 12% 떨어지고, 650 °C에서 회복되며, 700 °C에서는 신선 상태보다 약 6% 높다. 원인은 응력 제거와 시효 강화의 속도 차이다.
3. 650 °C는 직진성과 강도의 균형점이다. 이렇게 얻은 응력 제거 선은 ASTM F562의 소둔·Hard·Spring 어디에도 해당하지 않으므로, 강도 범위, 연신율, 표점 거리를 따로 정해야 한다.
4. 데이터는 생산 중의 대략적인 값이며, 결론은 추세에 근거한다. 소둔 후 연신율은 포함하지 않는다.