JP7262617B2 - 鉄筋およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一実施例による鉄筋は、炭素(C):0.07~0.43重量%、マンガン(Mn):0.5~2.0重量%、シリコン(Si):0.05~0.5重量%、クロム(Cr):0超過0.5重量%以下、銅(Cu):0超過4.5重量%以下、ホウ素(B):0超過0.003重量%以下、バナジウム(V):0超過0.25重量%以下、窒素(N):0超過0.012重量%以下、リン(P):0超過0.03重量%以下、硫黄(S):0超過0.03重量%以下、ニッケル(Ni)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくともいずれか1つ以上の合計:0.01~0.5重量%および残部鉄(Fe)とその他の不可避不純物からなる。
炭素(C)は、鋼の強度を高めるのに最も効果的であり、重要な元素である。また、炭素の添加によってオーステナイトに固溶して、焼入れ時にマルテンサイト組織を形成させる。炭素量の増加によって焼入れ硬度を向上させるが、焼入れ時に変形の可能性を大きくする。さらに、鉄、クロム、モリブデン、バナジウムなどの元素と化合して炭化物を形成、強度と硬度を向上させる。炭素(C)は、本発明の一実施例による鉄筋の全重量の0.07~0.43重量%の含有量比で添加される。炭素の含有量が全重量の0.07重量%未満の場合には、上述した効果を実現することができず、十分な強度を確保するのに困難が伴うことがある。逆に、炭素の含有量が全重量の0.43重量%を超える場合には、過度な強度と溶接性の劣位性が現れることがある。
マンガン(Mn)は、一部は鋼中に固溶し、一部は鋼中に含有された硫黄と結合して非金属介在物であるMnSを形成するが、このMnSは延性があり、塑性加工時、加工方向に長く延伸される。しかし、Mnsの形成により鋼中にある硫黄成分が減少しながら結晶粒が脆弱になり、低融点化合物であるFeSの形成を抑制させる。鋼の耐酸性と耐酸化性を阻害するが、パーライトが微細になり、フェライトを固溶強化させることにより、降伏強度を向上させる。マンガンは、本発明の一実施例による鉄筋の全重量の0.5~2.0重量%の含有量比で添加される。マンガンの含有量が0.5重量%より小さい場合、上述したマンガンの添加効果を十分に発揮することができない。また、マンガンの含有量が2.0重量%を超える場合、焼入れの亀裂や変形を誘発させ、溶接性が低下し、MnS介在物および中心偏析(center segregation)が発生して鉄筋の延性が低下し、耐腐食性が低下することがある。
シリコン(Si)は、フェライト安定化元素としてよく知られ、冷却中のフェライト分率を高めて延性を増加させる元素としてよく知られている。一方、シリコンは、アルミニウムとともに製鋼工程で鋼中の酸素を除去するための脱酸剤として添加され、固溶強化効果も有することができる。前記シリコンは、本発明の一実施例による鉄筋の全重量の0.05~0.5重量%の含有量比で添加される。シリコンの含有量が全重量の0.05重量%未満の場合には、上述したシリコン添加効果をまともに発揮することができない。逆に、シリコンの含有量が全重量の0.5重量%超過で多量添加時、靭性が低下し、塑性加工性が低下する問題があり、鋼の溶接性を低下させ、焼戻し時の軟化抵抗性を増大させ、再加熱および熱間圧延時に赤スケール(red scale)を生成させることにより、表面品質の問題を低減することができる。
クロム(Cr)は、フェライト安定化元素で、C-Mn鋼への添加時、溶質妨害効果で炭素の拡散を遅延させて粒度の微細化に影響を及ぼす。前記クロムは、本発明の一実施例による鉄筋の全重量の0超過0.5重量%以下の含有量比で添加される。クロムの含有量が全重量の0.5重量%超過で多量添加時、靭性が低下し、加工性と被削性が劣化しうる。
銅(Cu)は、鋼の硬化能および低温衝撃靭性を向上させる元素である。常温でフェライトに固溶し、固溶強化効果を示すので、強度および硬度はやや改善されるが、延伸率を低下させる。前記銅は、本発明の一実施例による鉄筋の全重量の0超過4.5重量%以下の含有量比で添加される。銅の含有量が全重量の4.5重量%超過で多量添加時、熱間加工性が劣化し、赤熱脆性の原因になり、製品の表面品質を阻害することがある。
ホウ素(B)は、焼入れ性を確保するための重要な元素である。前記ホウ素は、本発明の一実施例による鉄筋の全重量の0超過0.003重量%以下の含有量比で添加される。ホウ素の含有量が全重量の0.003重量%超過で多量添加時、添加効果は飽和し、延伸率が減少しうるので、上限値を0.003重量%以下に制限することが好ましい。
バナジウム(V)は、固溶、析出強化に有用な成分で、炭化物形成能はクロムより強く、結晶粒を微細化させるため、炭素添加量を抑制できる効果を有し、結晶粒界にピニング(pinning)として作用して強度の向上に寄与する元素である。前記バナジウムは、本発明の一実施例による鉄筋の全重量の0超過0.25重量%以下の含有量比で添加される。バナジウムの含有量が全重量の0.25重量%超過で多量添加時、前記強度向上効果に対比して鋼の製造費用を過度に上昇させる問題がある。
窒素(N)は、バナジウムと窒化物あるいは炭窒化物を析出させて強度を上昇させる元素である。前記窒素は、発明の一実施例による鉄筋の全重量の0超過0.012重量%以下の含有量比で添加される。窒素の含有量が全重量の0.012重量%超過で多量添加時、靭性を阻害する元素として作用しうる。
リン(P)は、固溶強化によって鋼の強度を高め、炭化物の形成を抑制する機能を行うことができる。前記リンは、本発明の一実施例による鉄筋の全重量の0超過0.03重量%以下の含有量比で添加される。リンの含有量が0.03重量%を超える場合には、衝撃抵抗を低下させ、焼戻し脆性を促進させ、析出挙動によって低温衝撃値が低下する問題がある。
硫黄(S)は、マンガン、チタンなどと結合して鋼の被削性を改善させ、微細MnSの析出物を形成して加工性を向上させることができる。前記硫黄は、本発明の一実施例による鉄筋の全重量の0超過0.03重量%以下の含有量比で添加される。硫黄の含有量が0.03重量%を超える場合、靭性および溶接性を阻害し、低温衝撃値を低下させることがある。鉄筋中にマンガンの量が十分でない場合、鉄と結合してFeSを形成する。このFeSは、非常に脆弱で溶融点が低いため、熱間および冷間加工時に亀裂を起こす。したがって、このようなFeS介在物の形成を回避するために、マンガンと硫黄との比は5対1に調節可能である。
ニッケル(Ni)は、硬化能を増大させ、靭性を向上させる元素であり、ニオブ(Nb)は、NbCまたはNb(C、N)の形態で析出して母材および溶接部の強度を向上させる元素であり、チタン(Ti)は、高温TiNの形成によりAlNの形成を抑制し、Ti(C、N)などの形成により結晶粒サイズの微細化効果を有する元素である。本発明の一実施例による鉄筋は、ニッケル(Ni)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくとも1種以上を含有しかつ、その含有量の合計が鉄筋の全重量の0.01~0.5重量%の含有量比で添加される。本発明の一実施例による鉄筋に含有されたニッケル(Ni)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくとも1種以上の含有量の合計が0.01重量%未満の場合、上述した添加効果を期待することができず、0.5重量%超過で含む時、部品の製造コストが高くなり、脆性クラックが発生し、母相中の炭素含有量が減少して鋼の特性が低下する問題が発生しうる。
図1は、本発明の一実施例による鉄筋の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
以下、本発明の理解のために好ましい実験例を提示する。ただし、下記の実験例は本発明の理解のためのものに過ぎず、本発明が下記の実験例によって限定されるのではない。
本実験例では、表1および表2の合金元素の組成(単位:重量%)と工程条件で実現された試験片を提供する。
図2および図3は、本発明の実験例による試験片の硬度を示すグラフである。
Claims (5)
- 炭素(C):0.07~0.43重量%、マンガン(Mn):0.5~2.0重量%、シリコン(Si):0.05~0.5重量%、クロム(Cr):0超過0.5重量%以下、銅(Cu):0超過4.5重量%以下、ホウ素(B):0超過0.003重量%以下、バナジウム(V):0超過0.25重量%以下、窒素(N):0超過0.012重量%以下、リン(P):0超過0.03重量%以下、硫黄(S):0超過0.03重量%以下、ニッケル(Ni)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくともいずれか1つ以上の合計:0.01~0.5重量%および残部鉄(Fe)とその他の不可避不純物からなり、
最終微細組織は、フェライト、ベイナイト、パーライト、残留オーステナイトおよび銅を含有する析出物からなり、
降伏強度(YS)が750MPa以上であり、引張強度(TS)が1000MPa以上であり、延伸率が11%以上であり、引張強度と降伏強度との比(TS/YS)が1.25以上であることを特徴とする鉄筋。 - 前記最終微細組織は、ベイナイト分率が90%以上であり、残留オーステナイト分率が5%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の鉄筋。
- (a)炭素(C):0.07~0.43重量%、マンガン(Mn):0.5~2.0重量%、シリコン(Si):0.05~0.5重量%、クロム(Cr):0超過0.5重量%以下、銅(Cu):0超過4.5重量%以下、ホウ素(B):0超過0.003重量%以下、バナジウム(V):0超過0.25重量%以下、窒素(N):0超過0.012重量%以下、リン(P):0超過0.03重量%以下、硫黄(S):0超過0.03重量%以下、ニッケル(Ni)、ニオブ(Nb)およびチタン(Ti)の少なくともいずれか1つ以上の合計:0.01~0.5重量%および残部鉄(Fe)とその他の不可避不純物からなる鋼材を1050~1230℃で再加熱するステップと、
(b)前記再加熱された鋼材を仕上げ圧延温度950~1020℃の条件で熱間圧延するステップと、
(c)前記熱間圧延された鋼材に対して400~600℃で15~60分間エージング(aging)熱処理するステップと、を含み、
前記(c)ステップを行った後の鉄筋の降伏強度(YS)は750MPa以上であり、引張強度(TS)が1000MPa以上であり、延伸率が11%以上であり、引張強度と降伏強度との比(TS/YS)が1.25以上である、鉄筋の製造方法。 - 前記(c)ステップを行った後の最終微細組織は、フェライト、ベイナイト、パーライト、残留オーステナイトおよび銅を含有する析出物からなることを特徴とする、請求項3に記載の鉄筋の製造方法。
- 前記最終微細組織は、ベイナイト分率が90%以上であり、残留オーステナイト分率が5%以下であることを特徴とする、請求項4に記載の鉄筋の製造方法。
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