KR100907398B1 - 정착부가 부착된 철근의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정착부로서 적합한 형상을 갖는 확경부(擴徑部)를 확실하게 형성할 수 있는 정착부가 부착된 철근의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위해, 철근(10)의 단부영역(端部領域)을 가열하고, 가열된 단부영역을 축선방향으로 압축하여 외경이 증대되도록 소성변형시키는 열간 업세팅을 실시함으로써, 정착부가 되는 확경부(102)를 일체적으로 형성하는 공정을 포함하는 정착부가 부착된 철근의 제조방법으로서, 철근(10)의 단부영역의 온도가 단면(10A)에 가까워짐에 따라 연속적 또는 단계적으로 높아지고, 철근(10)의 단면(10A)로부터 축선방향으로 2.0 D 이간(離間)한 부분의 온도(T₁)이 1300℃ 이상으로 철근재료의 융점 미만이 되며, 철근의 단면으로부터 축선방향으로 5.0 D 이간한 부분의 온도(T₂)가 철근재료의 Ac3 변태점 이상 1200℃ 이하가 되도록 가열한다.

Description

정착부가 부착된 철근의 제조방법{Manufacturing method for reinforcement with anchorage zone}

본 발명은 정착부가 부착된 철근의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철근의 단부에 일체적으로 형성된 확경부(擴徑部)로 되는 정착부를 구비한 정착부가 부착된 철근을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래, 철근 콘크리트 구조에 사용되는 철근은 그 단부를 U자상 또는 L자상 등으로 굽혀서 정착부로 하고 있어, 이 정착부로 다른 철근이나 콘크리트에 대해 정착하고 있었다.

그러나, 단부를 U자상 또는 L자상 등으로 굽힌 구조의 철근은 콘크리트에 대한 정착강도를 크게 하기 위해 U자상 또는 L자상 등의 부분을 크게 해야만 하기 때문에, 부피가 커져 좁은 장소에서의 시공이 곤란하고, 또한 철근단부의 굽힘가공이 곤란하여 비용이 높아진다고 하는 문제가 있었다.

이와 같은 문제에 대해, 본 출원인 등은 철근의 단부에 열간(熱間) 업세팅을 실시하여 못의 머리와 같은 형상의 확경부를 형성하고, 이를 정착부로 하는 정착부가 부착된 철근을 제안하고 있다(특허문헌 1 참조).

도 3(a)는 특허문헌 1에 기재된 정착부가 부착된 철근의 개략 측면도이고, 도 3(b)는 이 정착부가 부착된 철근의 단부를 나타내는 개략 단면도이며, 도 3(c)는 동일한 도면(b)의 X-X 화살표 방향에서 본 단면도이다.

이 정착부가 부착된 철근(1A)는 일정한 외경을 갖는 통상부분(1a)의 양단부에 각각 정착부로서 열간 업세팅에 의해 원판상의 확경부(1b)를 형성한 것이다. 이 확경부(1b)는 철근단부를 U자상 또는 L자상으로 굽힌 종래의 정착부에 비해, 바깥 치수를 작게 해도 큰 작용면적을 확보할 수 있기 때문에, 다른 철근이나 콘크리트에 대한 정착강도를 크게 할 수 있다. 또한, 확경부(1b)는 통상부분(1a)와 완전히 일체구조로서(이음새가 없는 형태로) 형성되어 있기 때문에 확경부(1b)와 통상부분(1a)의 연결강도가 크다. 이 때문에, 이 정착부가 부착된 철근(1A)를 사용한 철근 콘크리트 구조에 의하면, 강도가 큰 구조체를 형성할 수 있다.

도 3에 있어서, 1ba는 확경부(1b)의 단면(외측 단면)이고, 단면(1ba)는 철근(1A)의 축선방향으로 직교하는 원형의 평면이다. 단면(1ba)의 직경은 통상부분(1a)의 외경(D)의 2.5배 정도이다.

도 3에 있어서, 1bb는 확경부 형성면(내측 단면)이고, 확경부 형성면(1bb)는 철근(1A)의 축선방향에 대해 경사지게(둔각 θ를 이루며) 넓어지는 원추상의 면이다.

도 4(a) 및 (b)는 도 3에 나타낸 정착부가 부착된 철근(1A)를 제조할 때의 열간 업세팅 공정을 나타내는 개략 단면도이다.

먼저, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 일정한 외경(D)를 갖는 철근(1)의 단 부영역(端部領域)을 유도코일(7)을 구비한 가열장치로 소성변형 용이한 온도로 가열한다. 여기에, 단부영역의 가열온도로서는 800~1000℃ 정도가 된다(특허문헌 1의 단락 0014 참조).

다음으로, 가열된 단부영역에 인접하는 위치에 있어서, 프레스의 클램프(도시 생략)로 철근(1)을 파지하고, 이 철근(1)의 단면을 틀(8)의 성형면(8a)에 밀어 눌러 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 프레스에 의해서 철근(1)에 축선방향의 압축력(P)를 가하여 단부영역을 압축한다. 이것에 의해, 철근(1)의 단부영역은 그 외경이 증대(확경)되도록 소성변형되고, 원판상의 확경부(1b)가 형성되어, 통상부분(1a)의 단부에 확경부(1b)가 형성된 정착부가 부착된 철근(1A)가 제조된다.

도 4에 있어서, 8aa는 성형면(8a)의 중앙에 설치된 융기부로서, 융기부(8aa)에 의해 철근(1)의 단부영역을 소성변형시킬 때, 축선방향에 대해 직각방향(반경방향) 바깥쪽으로의 철근재료의 흐름을 촉진할 수 있다.

또한, 본 출원인은 상기와 같은 정착부를 구비한 정착부가 부착된 철근을 대량생산하기 위한 가공장치에 대해서도 제안하고 있다(특허문헌 2 참조).

이 가공장치에는 철근의 단부영역을 가열하는 유도코일로 되는 가열 헤드와, 이 가열 헤드를 보유하는 동시에, 이것에 고주파전류를 공급하는 트랜스를 구비한 가열수단이 설치되어 있다. 이 가열수단에 의해 철근의 단부영역은 열간 업세팅에 적합한 온도(예를 들면, 800~1300℃)로 가열된다(특허문헌 2의 단락 0030 참조).

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 제2000-257209

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 제2000-288676

그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 의해 개시된 기술, 즉 철근의 단부에 열간 업세팅을 실시함으로써 정착부가 되는 확경부를 일체적으로 형성하는 기술에는, 하기 (1)~(3)과 같은 문제가 있다.

(1) 열간 업세팅에 의해서 확경부를 형성할 때, 철근의 단부영역 전체를 일정한 온도로 가열하는 경우에는 소정의 형상을 갖는 확경부, 예를 들면 철근의 축선방향으로 직교하는 직경 2.5 D 정도의 원형의 단면(도 3에 있어서의 단면(1ba))과, 철근의 축선방향에 대해 직각 또는 둔각을 이루며 넓어지는 확경부 형성면(도 3에 있어서의 확경부 형성면(1bb))으로 되는 확경부를 형성하는 것은 곤란하다.

즉, 철근의 단부영역 전체를 800~1000℃로 가열하여 열간 업세팅을 행하는 경우에는, 단부영역 중 특히 큰 소성변형량이 요구되는 부분, 구체적으로는 철근의 단면으로부터의 축선방향의 이간(離間)거리가 2 D 이내인 부분으로의 열량이 부족하여, 해당 부분을 용이하게 소성변형(축선방향에 대해 직각방향으로 팽출)시킬 수 없어, 도 5에 나타내는 바와 같이, 형성되는 확경부(1b')는 구상 또는 타원 구상이 되어 직경이 2.5 D 정도인 원형의 단면을 갖는 것이 되지 않는다.

또한, 철근의 단부영역 전체를 1300℃ 정도로 가열하여 열간 업세팅을 행하면, 해당 단부영역에 있어서 좌굴현상(Buckling)이 발생하여 부정형상이 되어, 소정 형상의 확경부를 형성하는 것이 곤란해진다.

(2) 단부영역을 고온(예를 들면 1300℃)으로 가열하여 열간 업세팅을 행하 면, 형성되는 확경부의 표면, 구체적으로는 상기의 확경부 형성면이 조면(粗面)이 되거나, 확경부 형성면에 모발상의 미세 흠집, 이른바 헤어 크랙(hair crack)이 발생하는 경우가 있다.

확경부 형성면이 조면이 되고, 또한 확경부 형성면에 헤어 크랙이 발생하였다 하더라도, 정착부가 부착된 철근으로서의 성능상에 문제는 없지만, 외관상 상품가치의 저하를 초래한다.

따라서, 고온에서 가열하여 열간 업세팅을 행해도 확경부 형성면이 조면이 되거나, 확경부 형성면에 헤어 크랙을 발생시키지 않는, 고온 가공성이 우수한 철근(모재)을 사용할 필요가 있다.

(3) 철근으로서 이형봉강(異形棒鋼)을 사용하고, 그 단부에 열간 업세팅을 실시하여 확경부를 형성할 때, 압축에 의해 이형봉강의 마디와 마디가 접근하는 결과, 이들에 끼어 있던 부분이 확경부 형성면 및 통상부분과 확경부 형성면과의 경계(확경부의 밑부분)에 있어서 절결부(切缺部)와 같은 형상이 되어, 해당 부분이 사용환경하에서 취성파단(脆性破斷)의 기점이 될 우려가 있다. 따라서, 특히 이형봉강을 모재로 하는 정착부가 부착된 철근에는 우수한 인성(靭性)(특히, 저온하에서의 인성)을 보유하고 있는 것이 요망된다.

본 발명의 제1 목적은 정착부로서 적합한 형상을 갖는 확경부를 확실하게 형성할 수 있는 정착부가 부착된 철근의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제2 목적은 높은 강도와 양호한 인성을 갖는 동시에, 정착부가 되는 확경부의 표면(확경부 형성면)이 조면이 되거나, 확경부 형성면에 헤어 크랙을 발생시키지 않는 정착부가 부착된 철근의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제3 목적은 인성(특히 저온 인성)이 우수한 정착부가 부착된 철근을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제조방법은 철근의 단부영역을 가열하고, 가열된 해당 단부영역을 축선방향으로 압축하여 외경이 증대(확경)되도록 소성변형시키는 열간 업세팅을 실시함으로써, 정착부가 되는 확경부를 일체적으로 형성하는 공정을 포함하는 정착부가 부착된 철근의 제조방법으로서, 상기 철근의 단부영역의 온도가 단면에 가까워짐에 따라 연속적 또는 단계적으로 높아지고, 상기 철근의 단면으로부터 축선방향으로 2.0 D(단, D는 철근의 외경이다) 이간한 부분의 온도(T₁)이 1300℃ 이상으로 해당 철근재료의 융점 미만이 되며, 상기 철근의 단면으로부터 축선방향으로 5.0 D 이간한 부분의 온도(T₂)가 해당 철근재료의 Ac3 변태점 이상 1200℃ 이하가 되도록 가열하여 열간 업세팅을 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 정착부가 부착된 철근을 구성하는 확경부(정착부)의 단면은 직경 2.0 D 내지 2.8 D, 특히 2.5 D 내지 2.8 D의 원형인 것이 바람직하다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 철근으로서 C : 0.10~0.30 질량%, Mn : 0.50~1.50 질량%, Si : 0.50 질량% 이하, P : 0.05 질량% 이하, S : 0.05 질량% 이하, Cu : 0.10 질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물인 봉강을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 철근에 함유되는 Mn과 C의 질량비율(Mn/C)이 3.0 이상인 것, 특히 3.5 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 철근이 이형봉강으로 되는 것이 바람직하다.

본 발명의 정착부가 부착된 철근은 철근의 단부영역을 가열하고, 가열된 해당 단부영역을 축선방향으로 압축하여 확경되도록 소성변형시키는 열간 업세팅을 실시함으로써, 정착부가 되는 확경부를 일체적으로 형성하는 공정을 포함하고, 상기 철근의 단부영역의 온도가 단면에 가까워짐에 따라 연속적 또는 단계적으로 높아지고, 상기 철근의 단면으로부터 축선방향으로 2.0 D 이간한 부분의 온도(T₁)이 1300℃ 이상으로 해당 철근재료의 융점 미만이 되며, 상기 철근의 단면으로부터 축선방향으로 5.0 D 이간한 부분의 온도(T₂)가 해당 철근재료의 Ac3 변태점 이상 1200℃ 이하가 되도록 가열하는 본 발명의 제조방법으로 얻어진다.

(1) 본 발명(청구항 1~3)의 제조방법에 의하면, 정착부로서 적합한 형상을 갖는 확경부를 일체적으로 형성할 수 있고, 이와 같은 확경부를 정착부로 하는 철근(정착부가 부착된 철근)을 확실하게 제조할 수 있다.

즉, 온도(T₁)이 1300℃ 이상인 것으로 인해, 특히 큰 소성변형량이 요구되는 부분, 즉 철근의 단면으로부터의 축선방향의 이간거리가 2.0 D 이내인 부분에 충분한 열량이 공급되어, 해당 부분을 용이하게 소성변형시킬 수 있고, 이것에 의해 소정 형상의 확경부, 예를 들면 직경 2.0 D 내지 2.8 D의 원형의 단면(또는, 이것과 동일한 정도의 면적을 갖는 임의 형상의 단면)과, 철근의 축선방향에 대해 직각 또는 둔각으로 넓어지는 확경부 형성면으로 되는 확경부를 형성할 수 있다.

또한, 온도(T₂)가 해당 철근재료의 Ac3 변태점 이상 1200℃ 이하인 것으로 인해, 철근의 단면으로부터의 축선방향의 이간거리가 2.0 D 내지 5.0 D인 부분을 좌굴시키지 않고 확실하게 소성변형시킬 수 있다.

(2) 본 발명(청구항 4)의 제조방법에 의하면, C 및 Mn을 특정 비율로 함유하는 봉강을 철근으로서 사용하고 있기 때문에, 높은 강도와 양호한 인성을 겸비한 정착부가 부착된 철근을 제조할 수 있다.

또한, 사용하는 봉강은 Cu 및 S의 함유비율이 낮게 규정되어 있기 때문에, 고온 가공성이 우수하여 1300℃ 이상의 온도로 가열하여 열간 업세팅을 행해도, 형성되는 확경부의 표면(확경부 형성면)이 조면이 되거나, 확경부 형성면에 헤어 크랙을 발생시키는 경우는 없다.

(3) 본 발명(청구항 5~6)의 제조방법에 의하면, 인성(특히 저온 인성)이 우수한 정착부가 부착된 철근을 제조할 수 있다.

즉, 철근에 함유되는 Mn과 C의 질량비율(Mn/C)이 3.0 이상으로, 취성파단을 발생시키기 쉬운 C의 함유비율을 상대적으로 낮게 제한한 봉강을 사용하고 있기 때문에 인성이 우수한 것이 된다.

따라서, 확경부 형성면에 절결부와 유사한 형상을 갖는 것이어도, 해당 부분을 기점으로 하는 취성파단의 발생을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명의 정착부가 부착된 철근의 제조방법은 철근의 단부영역을 가열하고, 가열된 단부영역을 축선방향으로 압축하여 외경이 증대(확경)되도록 소성변형시키는 열간 업세팅을 실시함으로써, 정착부가 되는 확경부를 일체적으로 형성하는 공정을 포함한다.

열간 업세팅은 철근의 일단부에만 실시해도 되고, 양단부에 실시해도 된다.

본 발명의 제조방법에 사용하는 「철근」은 특별히 제한되는 것은 아니고, 종래 공지의 봉강을 사용할 수 있다. 철근의 외경(D)로서는 예를 들면 10~40 ㎜ 정도가 된다.

철근은 환봉강(丸棒鋼)이어도 이형봉강이어도 되지만, 본 발명의 제조방법은 이형봉강을 사용하는 경우에 특히 적합하다.

철근의 「단부영역」이란, 열간 업세팅에 있어서 가열되는 영역으로서, 철근의 단면을 시점으로 하고, 단면으로부터 5 D~7 D 이간한 위치를 종점으로 했을 때, 시점으로부터 종점에 이르는 영역을 말하는 것으로 한다.

「열간 업세팅」은 철근의 단부영역을 가열하는 동시에, 해당 단부영역을 축선방향으로 압축하여 확경되도록 소성변형시키는 가공법이다.

철근의 단부를 가열하는 수단으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 철근을 국소적으로 급속 가열할 수 있다고 하는 관점에서 고주파 유도 가열수단을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 열간 업세팅을 실시할 때의 철근의 단부영역으로의 가열온도는, 철근의 단면에 가까워짐에 따라 연속적 또는 단계적으로 높아지고, 따라서 철근의 단면이 가장 고온이 된다.

여기에 단부영역의 온도는 적외선 방사온도계 등으로 측정할 수 있다.

본 발명의 제조방법(열간 업세팅)에 있어서, 철근의 단면으로부터 축선방향으로 2.0 D 이간한 부분의 온도(T₁)은 1300℃ 이상으로 해당 철근재료의 융점 미만이 된다.

이것에 의해, 특히 큰 소성변형량이 요구되는 부분, 즉 철근의 단면으로부터의 이간거리가 2.0 D 이내인 부분(단면 근방의 철근재료)에 충분한 열량을 공급할 수 있어, 해당 부분을 용이하게 소성변형(축선방향에 대해 직각방향으로 팽출)시킬 수 있다.

온도(T₁)이 1300℃ 미만인 경우는, 철근의 단면으로부터의 이간거리가 2.0 D 이내인 부분을 용이하게 소성변형시킬 수 없어, 소정 형상의 확경부를 형성할 수 없다(후술하는 비교예 1~3 참조).

본 발명의 제조방법에 있어서, 철근의 단면으로부터 축선방향으로 5.0 D 이간한 부분의 온도(T₂)는 해당 철근재료의 Ac3 변태점 이상이고, 1200℃ 이하가 된다.

이것에 의해, 철근의 단면으로부터의 이간거리가 2.0 D 내지 5.0 D인 부분을 좌굴시키지 않고 확실하게 소성변형시킬 수 있다.

온도(T₂)가 해당 철근재료의 Ac3 변태점 미만인 경우에는, 철근의 단면으로부터의 이간거리가 2.0 D 내지 5.0 D인 부분을 용이하게 소성변형시킬 수 없다. 한편, 이 온도(T₂)가 1200℃를 초과하는 경우에는, 해당 부분에서 좌굴현상이 발생하기 쉽다(후술하는 비교예 4 참조).

열간 업세팅에 의해서 형성되는 확경부는 철근의 축선방향으로 직교하는 단면과, 철근의 축선방향에 대해 직각 또는 둔각을 이루며 넓어지는 확경부 형성면으로 된다.

확경부의 단면형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 원형, 타원형, 직사각형, 캡슐형 등을 예시할 수 있다. 타원형, 직사각형, 캡슐형 등의 단면을 갖는 확경부는, 열간 업세팅시에 확경부의 외주면을 틀 규제함으로써 용이하게 형성할 수 있다.

확경부의 단면이 원형인 경우에, 그 직경은 2.0 D 내지 2.8 D인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2.5 D 내지 2.8 D가 된다. 직경이 과소한 확경부는 다른 철근이나 콘크리트에 대한 정착기능을 충분히 할 수 없다. 한편, 직경 2.8 D를 초과하는 확경부에 의한 정착부가 부착된 철근으로는 배근(配筋)의 과밀화에 충분히 대응할 수 없다.

또한, 확경부의 단면이 원형 이외의 형상인 경우에, 해당 단면의 면적은 직경 2.0 D 내지 2.8 D의 원과 동일한 정도인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제조방법에 있어서의 열간 업세팅의 일례를 도면을 이용하 여 설명한다.

도 1(a)~(d)는 본 발명의 제조방법에 있어서의 열간 업세팅 공정을 나타내는 개략 단면도이다.

먼저, 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 외경(D)의 철근(10)의 단부영역(단면(10A)를 시점으로 하고, 단면(10A)로부터 축선방향으로 7 D 이간한 위치를 종점으로 했을 때의, 시점으로부터 종점에 이르는 영역)을 둘러싸듯이 유도코일(20)으로 되는 가열 헤드를 배치하고, 고주파 유도 가열법으로 해당 단부영역을 가열한다.

여기서, 가열 헤드를 구성하는 유도코일(20)은 그 내주와 철근(10)의 외주면 사이의 거리가, 철근(10)의 단면(10A)에 가까워짐에 따라 짧아지도록 콘(cone)상으로 감겨 있다.

도 2는 도 1(a)에 나타낸 유도코일(20)으로 철근(10)의 단부영역을 가열했을 때의 단면(10A)로부터의 이간거리와, 이 부분에 있어서의 철근의 온도와의 관계를 모식적으로 나타내고 있다.

도 1(a)에 나타낸 바와 같이 콘상의 유도코일(20)을 배치하여 가열함으로써, 철근(10)의 단부영역에 있어서의 각 부분의 온도가 단면(10A)에 가까워짐에 따라 연속적으로 높아지도록 온도분포를 갖게 할 수 있다.

또한, 단부영역의 각 부분에 있어서, 유도코일(20)의 내주와 철근(10)의 외주면 사이의 거리를 조정함으로써 각 부분의 온도를 제어할 수 있다.

또한, 온도 제어방법으로서는 이들에 한정되는 것은 아니다.

철근(10)의 단부영역 중, 단면(10A)로부터 축선방향으로 2.0 D 이간한 부분(12)는 유도코일(20)에 의해서 가열되고, 부분(12)의 온도(T₁)은 1300℃ 이상으로 해당 철근재료의 융점 미만이 되어 있다(이와 같은 범위 내로 되도록 제어되어 있다.).

또한, 단면(10A)로부터 축선방향으로 5.0 D 이간한 부분(15)는 유도코일(20)에 의해서 가열되고, 부분(15)의 온도(T₂)는 철근재료의 Ac3 변태점 이상이고, 1200℃ 이하가 되어 있다(이와 같은 범위 내로 되도록 제어되어 있다.).

이어서, 상기와 같은 온도분포를 가지고 가열된 단부영역으로부터 유도코일(20)을 퇴피시킨 후, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 철근(10)의 단면에 틀(30)의 성형면(31)을 밀어 누르고, 철근(10)에 축선방향의 압축력(P)를 가하여 단부영역을 압축한다. 이것에 의해, 철근(10)의 단부영역은 그 외경이 증대(확경)되도록 소성변형(축선방향에 대해 직각방향으로 팽출)된다.

여기에, 압축속도는 철근(10)의 외경(D)에 따라서도 상이하지만, 3.0~10.0 ㎜/s인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5.0~8.0 ㎜/s가 된다.

압축속도가 지나치게 낮은 경우에는 압축조작 중에 단부영역의 온도가 저하되고, 변형저항이 상승하여 소성변형(확경부의 형성)이 곤란해지는 경우가 있다. 한편, 압축속도가 지나치게 높은 경우에는 압축조작 중에 좌굴현상이 발생하기 쉬워진다.

또한, 압축 스트로크는 2.0 D 내지 4.0 D인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하 게는 2.5 D 내지 3.5 D가 된다.

여기에 철근(10)의 단부영역을 압축하는 틀(30)은 형성되는 확경부의 단면을 규제하는 성형면(31)과, 형성되는 확경부의 외주면(확경부 형성면의 일부)을 규제하는 원통상의 성형면(32)를 구비하고 있다. 이것에 의해 도 1(c)에 나타내는 바와 같이, 철근(10)의 축선방향에 대해 직각방향 바깥쪽으로의 철근재료의 흐름을 틀(30)의 성형면(32)에 의해서 규제할 수 있다.

이어서, 도 1(d)에 나타내는 바와 같이 틀(30)을 퇴피시킨다.

이것에 의해, 철근의 축선방향으로 직교하는 직경 2.5 D 정도의 원형의 단면(102A)와, 철근의 축선방향에 대해 둔각을 이루며 넓어지는 원추상의 확경부 형성면(102B)로 되는 확경부(102)가, 외경(D)를 유지하는 철근의 통상부분(101)과 일체적으로 형성되어 되는 정착부가 부착된 철근(100)이 제조된다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 철근으로서는 C : 0.10~0.30 질량%, Mn : 0.50~1.50 질량%, Si : 0.50 질량% 이하, P : 0.05 질량% 이하, S : 0.05 질량% 이하, Cu : 0.10 질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물인 봉강(이하, 「특정 봉강」이라고 한다.)을 사용하는 것이 바람직하다.

특정 봉강에 있어서의 C(탄소)의 함유비율은 0.10~0.30 질량%가 되고, 바람직하게는 0.15~0.25 질량%가 된다. C의 함유비율이 0.10 질량% 미만인 경우에는, 얻어지는 정착부가 부착된 철근이 충분한 강도를 갖는 것으로 되지 않는다. 한편, C의 함유비율이 0.30 질량%를 초과하면, 얻어지는 정착부가 부착된 철근의 인성이 저하되어 취성파단이 발생하기 쉬워진다.

특정 봉강에 있어서의 Mn(망간)의 함유비율은 0.50~1.50 질량%가 되고, 바람직하게는 0.60~1.40 질량%가 된다. Mn의 함유비율이 0.50 질량% 미만인 경우에는, 얻어지는 정착부가 부착된 철근이 충분한 강도를 갖는 것으로 되지 않는다. 한편, Mn의 함유비율이 1.50 질량%를 초과하면, 얻어지는 정착부가 부착된 철근의 인성이 저하되어 취성파단이 발생하기 쉬워지며, 또한 얻어지는 정착부가 부착된 철근의 용접성이 저하된다.

특정 봉강에 있어서의 Si(실리콘)의 함유비율은 0.50 질량% 이하가 되고, 바람직하게는 0.35 질량% 이하가 된다. Si의 함유비율이 0.50 질량%를 초과하면, 얻어지는 정착부가 부착된 철근의 취화를 조장하는 경향이 있다.

특정 봉강에 있어서의 P(인)의 함유비율은 0.05 질량% 이하가 되고, 바람직하게는 0.04 질량% 이하가 된다. P의 함유비율이 0.05 질량%를 초과하는 봉강은 열간 업세팅이 떨어지고, 또한 얻어지는 정착부가 부착된 철근의 저온 인성이 저하된다.

특정 봉강에 있어서의 S(황)의 함유비율은 0.05 질량% 이하가 되고, 바람직하게는 0.04 질량% 이하가 된다. S의 함유비율이 0.05 질량%를 초과하는 봉강은 고온 가공성이 떨어져, 형성되는 확경부의 표면(확경부 형성면)이 조면이 되거나, 확경부 형성면에 헤어 크랙이 발생하는 경우가 있다.

특정 봉강에 있어서의 Cu(구리)의 함유비율은 0.10 질량% 이하가 되고, 바람직하게는 0.08 질량% 이하가 된다. Cu의 함유비율이 0.10 질량%를 초과하는 봉강은 고온 가공성이 떨어져, 형성되는 확경부의 표면(확경부 형성면)이 조면이 되거나, 확경부 형성면에 헤어 크랙이 발생하는 경우가 있다.

본 발명의 제조방법에 사용하는 특정 봉강에 있어서, Mn과 C의 질량비율(Mn/C)이 3.0 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3.5 이상이 된다. 비율(Mn/C)이 3.0 미만인 경우, 얻어지는 정착부가 부착된 철근의 인성이 저하된다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

<실시예 1>

하기 표 1에 나타내는 조성을 갖고, Ac3 변태점(계산값)이 809℃, 외경(D)(공칭 직경)=25 ㎜의 이형봉강(특정 봉강)으로 되는 철근의 일단에 있어서의 단부영역(길이=7 D)을, 도 1(a)에 나타낸 바와 같은 형상의 유도코일(20)을 구비한 가열장치를 사용하여 가열함으로써, 단부영역의 온도가 철근의 단면에 가까워짐에 따라 연속적으로 높아지도록 습도분포를 갖게 하였다.

해당 철근의 단면으로부터 2.0 D 이간한 부분의 온도(T₁) 및 해당 철근의 단면으로부터 5.0 D 이간한 부분의 온도(T₂)를 각각 적외선 방사 온도계로 측정한 바, 온도(T₁)이 1350℃, 온도(T₂)가 1000℃였다.

그 후, 즉시 단부영역으로부터 유도코일(20)을 퇴피시켜, 도 1(b)~(d)에 나타낸 바와 같은 틀(30)의 성형면(31)을 철근의 단면에 밀어 누르고, 철근에 축선방향의 압축력을 가하여 단부영역을 압축하였다. 여기에 압축속도는 5.0 ㎜/s로 하였다. 그 결과, 단부영역, 특히 철근의 단면으로부터의 이간거리가 2.0 D 이내인 부 분을 낮은 변형저항으로 용이하게 소성변형(철근의 축선방향에 대해 직각방향으로 팽출)시킬 수 있었다. 또한, 소성변형에 의한 철근재료의 흐름은 틀(30)을 구성하는 직경 2.5 D의 원통상의 성형면(32)에 의해 규제하였다. 이어서, 틀(30)을 퇴피시키고 정착부가 부착된 철근을 취출(取出)하였다.

<실시예 2~4>

온도(T₁) 및 온도(T₂)가 하기 표 1에 나타낸 수치가 되도록 가열조건을 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 정착부가 부착된 철근을 제조하였다.

<실시예 5~10>

하기 표 1에 따라 철근(이형봉강)의 조성을 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 정착부가 부착된 철근을 제조하였다.

<비교예 1~4>

온도(T₁) 및 온도(T₂)가 하기 표 1에 나타낸 수치가 되도록 가열조건을 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 정착부가 부착된 철근의 제조를 시도하였다.

여기에 비교예 1은 온도(T₁)이 1300℃ 미만이고, 온도(T₂)가 철근재료의 Ac3 변태점 미만인 비교예이다.

비교예 2 및 비교예 3은 온도(T₁)이 1300℃ 미만인 비교예이다.

비교예 4는 온도(T₂)가 1200℃를 초과하는 비교예이다.

<열간 업세팅성>

실시예 1~10에 의해 얻어진 정착부가 부착된 철근 및 비교예 1~4에 의해 열간 업세팅을 실시한 철근의 각각에 대해서, 단부형상을 육안으로 관찰함으로써 열간 업세팅성을 평가하였다. 평가기준은 하기와 같다. 결과를 합쳐서 표 1에 나타낸다.

(평가기준)

「○」: 소정 형상의 확경부(직경 2.5 D의 원형의 단면과, 철근의 축선방향에 대해 둔각을 이루며 넓어지는 확경부 형성면으로 되는 확경부)가 철근의 통상부분과 일체적으로 형성되어 있다.

「×A」: 도 5에 나타낸 바와 같은 구상 또는 타원 구상의 확경부가 형성되고, 해당 확경부의 단면의 직경이 1.3 D 이상 1.8 D 이하이다.

「××A」: 도 5에 나타낸 바와 같은 구상 또는 타원 구상의 확경부가 형성되고, 해당 확경부의 단면의 직경이 1.3 D 미만이다.

「×B」: 단부영역이 좌굴되어 소정 형상의 확경부를 형성할 수 없다.

「×C」: 확경부의 형성(소성변형) 불능.

<확경부 형성면의 표면상태(철근의 고온 가공성)>

실시예 1~10에 의해 얻어진 정착부가 부착된 철근의 각각에 대해서, 확경부 형성면의 표면상태를 육안으로 관찰하고, 하기의 기준을 토대로 평가하였다. 결과를 합쳐서 표 1에 나타낸다.

(평가기준)

「○」: 이상없음.

「△R」: 조면.

「△H」: 헤어 크랙이 조금 인정된다.

「×H」: 헤어 크랙이 인정된다.

<인장시험(강도 및 인성)>

실시예 1~10에서 얻어진 정착부가 부착된 철근의 각각에 대해서, -40℃의 저온 조건하에서 인장시험(인장속도=10 ㎜/s)을 행하여 인장강도를 측정하고 파단부위를 확인하였다. 결과를 합쳐서 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1~10에 의해 얻어진 정착부가 부착된 철근은 모두 소정 형상의 확경부가 철근의 통상부분과 일체적으로 형성되어 있다. 따라서, 실시예 1~10의 제조방법(가열조건)에 의하면 양호한 열간 업세팅성을 발휘할 수 있다.

이에 대해, 비교예 1~4에 의해 열간 업세팅이 실시된 철근에는 모두 소정 형상의 확경부가 형성되지 않고, 따라서 비교예 1~4의 제조방법(가열조건)으로는 양호한 열간 업세팅성을 발휘할 수 없다.

실시예 1~6 및 실시예 10에 의해 얻어진 정착부가 부착된 철근은 Cu 및 S의 함유비율이 낮은(Cu의 함유비율이 0.10 질량% 이하, S의 함유비율이 0.05 질량% 이하인) 철근을 사용하여 제조되어 있기 때문에, 확경부 형성면의 표면상태가 양호하다.

실시예 1~9에 의해 얻어진 정착부가 부착된 철근은 Mn과 C의 질량비율(Mn/C)이 3.0 이상인 철근을 사용하여 제조되어 있기 때문에, 고강도인 동시에 파단부위가 모재(통상부분)로서, 저온 조건하에서도 인성이 우수하다.

도 1은 본 발명의 제조방법에 있어서의 열간 업세팅 공정을 나타내는 개략 단면도이다.

도 2는 도 1(a)에 나타낸 유도코일에 의해서 철근의 단부영역을 가열했을 때의, 단면으로부터의 이간거리와 그 부분에 있어서의 온도의 관계를 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 3의 (a)는 종래 공지의 정착부가 부착된 철근의 개략 측면도이고, (b)는 이 정착부가 부착된 철근의 단부를 나타내는 개략 단면도이며, (c)는 (b)의 X-X 화살표 방향에서 본 단면도이다.

도 4의 (a) 및 (b)는 도 3에 나타낸 정착부가 부착된 철근을 제조할 때의 열간 업세팅 공정을 나타내는 개략 단면도이다.

도 5는 타원 구상의 확경부가 단부에 형성된 철근의 개략 단면도이다.

부호의 설명

10 철근

12 단면으로부터 축선방향으로 2.0 D 이간한 부분

15 단면으로부터 축선방향으로 5.0 D 이간한 부분

10A 단면

20 유도코일

30 틀

31 성형면

32 성형면

100 정착부가 부착된 철근

101 철근의 통상부분

102 확경부

102A 단면

102B 확경부 형성면

Claims (7)

1. 철근의 단부영역을 가열하고, 가열된 해당 단부영역을 축선방향으로 압축하여 외경이 증대되도록 소성변형시키는 열간 업세팅을 실시함으로써, 정착부가 되는 확경부를 일체적으로 형성하는 공정을 포함하는 정착부가 부착된 철근의 제조방법으로서,

   상기 철근의 단부영역의 온도가 단면에 가까워짐에 따라 연속적 또는 단계적으로 높아지고,

   상기 철근의 단면으로부터 축선방향으로 2.0 D(단, D는 철근의 외경이다) 이간한 부분의 온도(T₁)이 1300℃ 이상으로 해당 철근재료의 융점 미만이 되고,

   상기 철근의 단면으로부터 축선방향으로 5.0 D 이간한 부분의 온도(T₂)가 해당 철근재료의 Ac3 변태점 이상 1200℃ 이하가 되도록

   가열하는 것을 특징으로 하는 정착부가 부착된 철근의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 직경 2.0 D 내지 2.8 D의 원형의 단면을 갖는 확경부를 형성하는 것을 특징으로 하는 정착부가 부착된 철근의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 직경 2.5 D 내지 2.8 D의 원형의 단면을 갖는 확경부를 형성하는 것을 특징으로 하는 정착부가 부착된 철근의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 철근으로서

   C : 0.10~0.30 질량%,

   Mn : 0.50~1.50 질량%,

   Si : 0.50 질량% 이하,

   P : 0.05 질량% 이하,

   S : 0.05 질량% 이하,

   Cu : 0.10 질량% 이하를 함유하고,

   잔부가 Fe 및 불가피 불순물인 봉강을 사용하는 것을 특징으로 하는 정착부가 부착된 철근의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 철근에 함유되는 Mn과 C의 질량비율(Mn/C)이 3.0 이상인 것을 특징으로 하는 정착부가 부착된 철근의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 철근이 이형봉강으로 되는 것을 특징으로 하는 정착부가 부착된 철근의 제조방법.
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