KR102469480B1 - 콘크리트 보강 강섬유용 선재, 강섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

콘크리트 보강 강섬유용 선재, 강섬유 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서에서는 콘크리트 보강 강섬유용 선재, 강섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 터널 및 바닥재에 보강용으로 사용되는 콘크리트 보강 강섬유용 선재, 강섬유 및 그 제조방법을 개시한다.
개시되는 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 일 실시예에 따르면 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 0.07 내지 0.3%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: 0.1 내지 0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 선재 반지름을 r이라고 할 때, 길이 방향과 수직인 단면의 중심으로부터 0.95*r까지의 영역 내에서 페라이트 면적분율이 90% 이상 및 잔부 펄라이트를 포함하며, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 30㎛ 이하이며, 상기 펄라이트의 콜로니 크기는 10㎛ 이하일 수 있다.

Description

콘크리트 보강 강섬유용 선재, 강섬유 및 그 제조방법{STEEL WIRE ROD, STEEL WIRE AND ITS MANUCTURING METHOD FOR CONCRETE REINFORCED STEEL FIBER}
본 발명은 콘크리트 보강 강섬유용 선재, 강섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 터널 및 바닥재에 보강용으로 사용되는 콘크리트 보강 강섬유용 선재, 강섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
강섬유는 터널 공사 시 내부 토압을 지탱하는 콘크리트 보강용으로 사용된다. 국내에는 대부분 저강도 강섬유가 사용되고 있으며, 저강도급의 강섬유에는 0.1중량% 이하의 저탄소강이 사용되어 왔다. 그러나, 암반이 약한 유럽, 중동에서는 최근 고강도 강섬유 시장이 형성되고 있다. 이는 화약 폭발방식이 아닌 TBM(Tunnel Boring Machine) 터널 시공 방식이 대두되었기 때문이다. 또한, 지반이 약한 경우 활용되는 SOP(slab on pile) 시공 시 고강도 강섬유가 활용되고 있으므로, 고강도 강섬유 시장은 계속 성장할 것으로 예상된다.
강섬유는 여재 슬라브(spare slabs) 또는 선재를 이용하여 가공사에서 건식신선-습식신선 공정을 거쳐 최종 0.4 ~ 1.0 mm 직경을 갖는 강선을 제조한 다음, 이를 길이 40 ~ 100 mm로 일정하게 절단한 다음, 형상 가공하는 것으로 마련된다. 강섬유로 사용되기 위해서는 최종 성형 시 굴곡 특성이 요구되나, 우선적으로 요구되는 특성은 강도이다.
탄소강에서 강도를 증가시키는 방법으로는 Hall-Petch Eq.에 따라 결정립 사이즈를 줄이는 방법과, 가공량의 인가를 통해 강도를 확보하는 방법이 있다. 특히, 신선가공을 통해 강도를 증가시키는 방법은 가장 경제적이면서 효과적인 강도를 증가시키는 방법이다. 신선가공 시 강재의 미세조직이 펄라이트이면 가공 중 강도가 지수함수적으로 증가한다. 이는 펄라이트 내부 세멘타이트가 소성변형을 하면서 동시에 세멘타이트 분해에 따라 탄소와 전위가 결합하기 때문이다. 펄라이트와 페라이트가 혼재되어 있는 경우에는 펄라이트가 페라이트에 비해 상대적으로 경한 상이기 때문에 신선가공 중 단선이 발생하는 문제가 있다.
한편, 신선가공 전 단선 등의 문제를 방지하기 위해 강재에 연성을 부여하는 LP 열처리(Lead Patenting, 납조 열처리)는 비용과 시간이 소요되어 제조 원가를 상승시키는 원인이다. 따라서, 강섬유 제조사들은 제조원가를 낮추기 위해 LP 열처리를 생략하는 추세이다. 고탄소강은 신선가공 중 단선을 유발하는 펄라이트를 형성하기 때문에 LP 열처리를 생략하기 위한 성분계로 적절치 못하므로, 새로운 성분계가 도출될 필요가 있다.
한국 등록특허공보 제10-0840147호 (공고일자: 2008년06월23일)
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 고강도를 확보하는 것과 동시에 비용저감을 위해서 LP 열처리를 생략할 수 있는 콘크리트 보강 강섬유용 선재, 강섬유 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 0.07 내지 0.3%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: 0.1 내지 0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 선재 반지름을 r이라고 할 때, 길이 방향과 수직인 단면의 중심으로부터 0.95*r까지의 영역 내에서 페라이트 면적분율이 90% 이상 및 잔부 펄라이트를 포함하며, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 30㎛ 이하이며, 상기 펄라이트의 콜로니 크기는 10㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
(1) TSWR - 8(120[C] + 14[Si] + 20[Mn] + 100[P]) ≥ 0
상기 식 (1)에서 [C], [Si], [Mn], [P]는 각 원소의 중량%, TSWR-는 선재의 인장강도를 의미한다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 페라이트의 평균 결정립 크기는 15㎛ 이하이며, 펄라이트의 콜로니 크기는 5㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 표면 상에 형성되는 스케일층 두께가 10 내지 15㎛, 총 스케일 량이 0.4 내지 0.6중량%이며, 기계적 박리 이후의 잔류 스케일 량이 0.05중량% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 인장강도가 450MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 단면감소율이 80% 이상일 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 0.07 내지 0.3%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: 0.1 내지 0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계, 1000 내지 1150℃에서 열간압연하거나, 또는 A3-70℃ 내지 A3℃에서 사상압연하여 선재를 마련하는 단계, 상기 마련된 선재를 권취하는 단계 및 상기 권취된 선재를 A1℃까지 1 내지 5℃/s로 냉각한 다음, A1℃부터 200℃까지는 15 내지 20℃/s로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조방법은 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.
(2) TE - TL/H ≤ 100℃
상기 식 (2)에서 TE는 사상압연 입측 전 선재 표면온도이며, TL/H는 권취기 온도를 의미한다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조방법에 있어서, 1000 내지 1150℃에서 열간압연하여 마련되는 선재는 페라이트 결정립 평균 크기가 30㎛ 이하이며, 펄라이트 콜로니 크기가 10㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조방법에 있어서, A3-70℃ 내지 A3℃로 사상압연하여 마련되는 선재는 페라이트 결정립 평균 크기가 15㎛ 이하이며, 펄라이트 콜로니 크기가 5㎛ 이하일 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유는 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 0.07 내지 0.3%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: 0.1 내지 0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 (3)을 만족할 수 있다.
(3) TSF - TSWR - [15/(1.5*FGS0.1)]*e4.61 ≥ 0
상기 식 (3)에서 TSF는 강섬유의 인장강도이며, TSWR는 선재의 인장강도이며, FGS는 페라이트 평균 결정립 크기를 의미한다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유에 있어서, 인장강도가 1600MPa 이상일 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서 본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유의 제조방법은 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 0.07 내지 0.3%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: 0.1 내지 0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 선재 반지름을 r이라고 할 때, 길이 방향과 수직인 단면의 중심으로부터 0.95*r까지의 영역 내에서 페라이트 면적분율이 90% 이상 및 잔부 펄라이트를 포함하며, 상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 30㎛ 이하이며, 상기 펄라이트의 콜로니 크기는 10㎛ 이하인 선재를 총 감면율 99% 이상으로 건식신선 및 습식신선하는 단계를 포함하여 제조하고, 신선 시 단선율은 0.5회/톤 이하일 수 있다.
본 발명은 터널 및 바닥재에 보강용으로 사용되는 고강도 콘크리트 보강 강섬유용 선재, 강섬유 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면 저탄소강에 P을 활용하여 고강도를 확보하고, 사상압연을 2상역(페라이트, 펄라이트) 구간인 A3-70℃ 내지 A3℃에서 수행하여 우수한 신선 가공성을 확보한다. 그 결과, 중간 LP 열처리 없이 건식신선 및 습식신선할 수 있으며, 신선 가공 시 단선율을 현저히 줄일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서의 "결정립 크기" 또는 "콜로니 크기"란 결정립 또는 콜로니의 등가 원 직경(Equivalent Circular Diameter, ECD)을 의미한다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 0.07 내지 0.3%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: 0.1 내지 0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이하, 상기 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 성분조성에 대해서 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명에 따른 콘크리트 보강 강섬유의 합금조성에 대한 한정 이유는 상기 선재와 동일하므로 편의상 생략한다.
C의 함량은 0.01 내지 0.04중량%이다.
C는 세멘타이트를 구성하는 원소로 펄라이트 조직을 형성할 때 강도를 효과적으로 향상시키는 원소이다. 목표하는 강도 확보를 위해 본 발명에서 C 함량은 0.01중량% 이상 첨가된다. 그러나, C함량이 과다하면 펄라이트 조직이 페라이트 사이에 형성되고 펄라이트 콜로니 분율 증가에 의해 신선 가공 중 단선을 유발할 수 있는 문제점이 있으며, 경한 상과 연한 상 간의 입계가 더욱 명확해짐에 따라 내입계 내식성이 저하되는 문제점이 있다. 이를 고려하여 본 발명에서 C 함량의 상한은 0.04중량%로 제한된다.
Si의 함량은 0.07 내지 0.3중량%이다.
Si은 첨가되는 함량 0.1중량% 당 인장강도를 약 15~20MPa 증가시키는 페라이트 경화형 원소이며, 용강 내 산소를 제거하는 탈산제 역할을 한다. 이를 고려하여 본 발명에서 Si 함량은 0.07중량% 이상 첨가된다. 그러나, Si 함량이 과다하면 모재와 결합력이 우수한 Fe2SiO4가 다량 형성되어 스케일 박리성이 열위해질 우려가 있으므로, 본 발명에서 Si 함량의 상한은 0.3중량%로 제한된다.
Mn의 함량은 1.0 내지 2.0중량%이다.
Mn은 선재 강도를 증가시키기 위해 1.0중량% 이상으로 첨가된다. 그러나, Mn 함량이 과다하면 편석에 의한 가공 단선이 발생할 우려가 있으므로 본 발명에서 Mn 함량의 상한은 2.0중량%로 제한된다.
P의 함량은 0.1 내지 0.3중량%이다.
P는 C, N 다음으로 강도를 증가시키는 데 유효한 원소이다. 목표 강도를 확보하기 위해 P는 0.1중량% 이상 첨가된다. 그러나, P 함량이 과다하면 연주 시 표층 균열 형성에 따른 파단이 유발될 수 있으므로 본 발명에서 P 함량의 상한은 0.3중량%로 제한된다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조 과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 상술한 합금조성을 만족하면서도 하기 식 (1)을 만족할 수 있다.
(1) TSWR - 8(120[C] + 14[Si] + 20[Mn] + 100[P]) ≥ 0
상기 식 (1)에서 [C], [Si], [Mn], [P]는 각 원소의 중량%, TSWR-는 선재의 인장강도를 의미한다.
식 (1)은 최종 제품인 강섬유의 강도에 영향을 미치는 선재의 인장강도와 합금성분 함량 간의 상관관계를 수식화한 식으로, 합금성분 첨가에 의한 고용강화 및 결정립 크기에 따른 강화를 고려하여 도출한 식이다. 본 발명에 따르면 강섬유의 강도 강화 측면에서 식 (1)을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 선재 반지름을 r이라고 할 때, 길이 방향과 수직인 단면의 중심으로부터 0.95*r까지의 영역 내에서 페라이트 면적분율이 90% 이상 및 잔부 펄라이트를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면 C 함량이 낮은 0.04중량% 이하의 저탄소강을 이용하여 입계에 형성되어 신선 가공 시 단선을 유발할 수 있는 펄라이트 조직을 제한하고, 상기와 같이 강재의 주조직을 페라이트로 구성한 다음, 고용강화 원소를 이용해 목적하는 강도를 확보한다. 페라이트의 면적분율이 90% 미만이거나, 펄라이트의 면적분율이 10%를 초과하면 신선 가공 시 단선이 발생할 우려가 있다.
본 발명의 일 예에 따르면 페라이트의 평균 결정립 크기는 30㎛ 이하이며, 펄라이트 콜로니 크기는 10㎛ 이하일 수 있다. 페라이트의 평균 결정립 크기는 작을수록 강도에 유리하며, 펄라이트 콜로니는 신선 중 균열 형성 사이트로 작용할 수 있으므로 작을수록 신선성에 유리하다. 이러한 관점에서 본 발명의 일 예에 따르면 페라이트의 평균 결정립 크기는 15㎛ 이하이며, 펄라이트의 콜로니 크기는 5㎛ 이하일 수 있다. 본 발명의 일 예에 따르면 결정립의 미세화는 2상역 구간에서 수행되는 사상압연을 통해 이루어질 수 있다.
본 발명의 따른 콘크리트 보강용 선재는 스케일 박리성이 우수하다. 일 예에 따르면 표면 상에 형성되는 스케일층 두께가 10 내지 15㎛, 총 스케일 량이 0.4 내지 0.6중량%이며, 기계적 박리 이후의 잔류 스케일 량이 0.05중량% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 인장강도가 450MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 단면감소율이 80% 이상일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 이상에서 설명한 본 발명의 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법은 특별히 제한되지 않음을 유의할 필요가 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조방법은 상술한 합금조성을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계, 1000 내지 1150℃에서 열간압연하거나, 또는 A3-70℃ 내지 A3℃에서 사상압연하여 선재를 마련하는 단계, 마련된 선재를 권취하는 단계 및 권취된 선재를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
빌렛은 1000 내지 1200℃에서 가열될 수 있다.
가열된 빌렛은 1000 내지 1150℃에서 열간압연되거나, 또는 A3-70℃ 내지 A3℃에서 사상압연되어 선재로 마련될 수 있다. 2상역(페라이트, 펄라이트) 구간인 A3-70℃ 내지 A3℃에서 수행되는 사상압연은 페라이트 평균 결정립 크기와 펄라이트 콜로니 크기를 미세화할 수 있어 강도를 보다 향상시키며, 결정립계에서 발생하는 보이드(void)의 개수를 감소시켜 가공 단선 발생을 방지할 수 있다. 일반적으로 C 함량이 높을수록 펄라이트는 잘 형성되고, 펄라이트 콜로니 크기는 조대해져 신선 가공 시 단선이 유발된다. 이러한 관점에서 사상압연은 C 함량이 상대적으로 높은 0.02 내지 0.04중량% 범위에서도 펄라이트 콜로니 크기를 미세화하여 신선 가공 시 단선을 방지할 수 있다.
일 예에 따르면 1000 내지 1150℃에서 열간압연되어 마련된 선재의 페라이트의 평균 결정립 크기는 30㎛ 이하이며, 펄라이트의 콜로니 크기는 10㎛ 이하일 수 있다.
일 예에 따르면 A3-70℃ 내지 A3℃에서 사상압연되어 마련된 선재의 페라이트의 평균 결정립 크기는 15㎛ 이하이며, 펄라이트의 콜로니 크기는 5㎛ 이하일 수 있다.
마련된 선재는 권취된 다음, A1℃까지 1 내지 5℃/s로 냉각된 다음, A1℃부터 200℃까지는 15 내지 20℃/s로 냉각될 수 있다. 선재의 스케일 중 FeO(Wustite)는 Fe3O4(Magnetite)에 비해 상대적으로 제거가 용이하다. A1℃ 이상의 온도에서는 FeO의 성장속도가 빠르기 때문에 A1℃까지는 1 내지 5℃/s로 서냉하여 충분한 두께의 FeO층을 형성할 수 있다. A1℃부터 200℃까지는 FeO가 Fe3O4로 변태되는 것을 억제하기 위하여 15 내지 20℃/s로 급냉하여 스케일층의 FeO 분율을 상온까지 유지할 수 있다. 상술한 바에 따라 제조되는 콘크리트 보강 강섬유용 선재는 스케일 박리성이 보다 개선된다. A1℃는 합금 성분조성에 따라 변동되며, 본 발명에서 A1℃는 약 720℃이다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조방법은 하기 식 (2)를 만족할 수 있다.
(2) TE - TL/H ≤ 100℃
상기 식 (2)에서 TE는 사상압연 입측 전 선재 표면온도이며, TL/H는 권취기 온도를 의미한다. 식 (2)에 따르면 사상압연 입측 전 선재의 표면온도와 권취기 온도의 차이를 낮추어 제품 재질을 편차를 낮출 수 있으며, 저온변태조직 등의 형성을 억제할 수 있다. 온도 차이를 낮추는 방안으로는 열간압연 후 물분사를 적게 하거나, 짧은 시간 동안 냉각을 수행할 수 있다.
선재는 이후 건식신선 및 습식신선, 절단가공, 성형가공되어 강섬유로 제조된다. 선재는 총 감면율 99% 이상으로 건식신선 및 습식신선하는 단계를 포함하여 제조될 수 있으며, 신선 시 단선율은 0.5회/톤 이하일 수 있다. 또한, 건식신선과 습식신선 사이 강재에 연성을 부여하기 위한 LP 열처리는 생략될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유는 전술한 합금조성을 가지며, 하기 식 (3)을 만족할 수 있다.
(3) TSF - TSWR - [15/(1.5*FGS0.1)]*e4.61 ≥ 0
상기 식 (3)에서 TSF는 강섬유의 인장강도이며, TSWR는 선재의 인장강도이며, FGS는 페라이트 평균 결정립 크기를 의미한다. 강선, 강섬유의 인장강도는 선재의 강도와 신선 가공 후 강재의 결정립 크기에 의해 주로 결정되며, 특히 고용강화에 의한 강도 증가보다는 인가되는 가공량에 의해 강도 증가에 의해 주로 결정된다. 본 발명에 따르면 신선 가공 시 마이크로 크기의 페라이트가 길이방향으로 회전한 후 길게 늘어선 수십 나노 크기의 섬유 (fiber)조직으로 바뀌면서 강도가 크게 증가한다. 식 (3)은 상술한 요소를 반영하여 강섬유의 인장강도, 선재의 인장강도, 페라이트 평균 결정립 크기의 상관관계를 도출한 식이다. 본 발명에 따르면 강섬유의 강도 강화 측면에서 식 (3)을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 보강 강섬유는 인장강도가 1600MPa 이상일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
하기 표 1의 합금조성을 갖는 강을 전로에서 제강한 다음, 주조하여 160 x 160mm2 연주 빌렛으로 제조하였다. 제조된 빌렛은 가열로 온도 1090℃에서 90분 유지하여 가열된 다음, 표 1의 사상압연 온도로 사상압연되어 선재로 마련되었다. 마련된 선재는 910℃에서 권취되고, 권취온도부터 A1℃까지 표 1의 냉각속도로 냉각된 다음, A1℃부터 200℃까지는 18℃/s로 냉각되었다.
합금조성(중량%) 사상압연
온도
(℃)		 권취온도~ A1온도
냉각속도
(℃/s)
C Si Mn P
비교예1 0.005 0.28 1.5 0.2 A3-59 3
발명예1 0.02 0.28 1.5 0.2 A3-50 4
발명예2 0.03 0.28 1.5 0.2 A3-50 5
발명예3 0.04 0.28 1.5 0.2 A3-60 2
비교예2 0.05 0.28 1.5 0.2 A3-66 3
비교예3 0.02 0.39 1.5 0.2 A3-52 5
발명예4 0.02 0.28 1.8 0.2 A3-60 4
비교예4 0.02 0.28 2.2 0.2 A3-60 5
발명예5 0.02 0.28 1.5 0.25 A3-65 3
비교예5 0.02 0.28 1.5 0.35 A3-65 2
비교예6 0.04 0.28 1.5 0.2 A3+120 3
비교예7 0.02 0.28 1.5 0.2 A3-50 22
제조된 선재의 페라이트 평균 결정립 크기(FGS), 펄라이트 콜로니 크기, 선재 인장강도, 단면 감소율, 잔류 스케일 량, 총 스케일 량, 식 (1) 좌변의 값을 아래 표 2에 나타내었다.
FGS
(㎛)		 펄라이트
콜로니
크기
(㎛)		 선재
인장
강도
(MPa)		 단면
감소율
(%)		 잔류
스케일 량
(중량%)		 총
스케일 량
(중량%)		 식 (1)
좌변
비교예1 9 0 409 91 0.03 0.58 -27.16
발명예1 13 0 519 89 0.02 0.55 68.44
발명예2 12.5 3 523 86 0.03 0.5 62.84
발명예3 13 5 545 84 0.04 0.58 75.24
비교예2 13 7 548 78 0.03 0.57 68.64
비교예3 12.2 0 528 88 0.06 0.49 65.12
발명예4 12.6 0 605 85 0.01 0.55 106.44
비교예4 15.2 0 697 79 0.03 0.54 134.44
발명예5 13 0 617 86 0.02 0.56 126.44
비교예5 13.5 0 655 65 0.02 0.55 84.44
비교예6 35 6 540 85 0.03 0.61 70.24
비교예7 12.2 0 498 82 0.07 0.52 47.44
냉각된 선재는 기계적 박리법을 이용하여 스케일을 제거한 다음, 중간 LP 열처리 없이 건식신선은 감면율 87%, 습식신선은 감면율 92%를 인가하여 총 감면율 99%로 감면되었다. 이후, 절단가공, 성형가공하여 강섬유로 제조하였다. 제조된 강섬유의 인장강도, 표면 균열 발생 여부, 신선 가공 시 단선율을 표 3에 나타내었다. 표 3에서 "-"는 단선에 의해 측정결과 없음을 의미한다.
강섬유
인장
강도
(MPa)		 표면균열
발생여부
(발생/미발생)		 단선율
(회/톤)
비교예1 1430 미발생 0.2
발명예1 1669 미발생 0.3
발명예2 1673 미발생 0.1
발명예3 1695 미발생 0.2
비교예2 - - 8.1
비교예3 - - 0.3
발명예4 1755 미발생 0.4
비교예4 - - 0.2
발명예5 1767 미발생 0.2
비교예5 - - 0.5
비교예6 - - 18
비교예7 1648 미발생 6.8
이하에서 표 1 ~ 3을 참조하여 각 발명예와 비교예를 비교 평가한다.
C 영향 : 비교예 1, 2
발명예는 C 함량이 0.01 내지 0.04중량% 범위를 만족하여 선재 강도가 향상되었으며, 신선 가공 시 단선이 0.5회/톤 이하로 신선 가공성이 우수하였다. 그러나, 비교예 1은 강섬유 제조 시 강도가 1430MPa로 목적하는 강도를 확보하지 못하였으며, 비교예 2는 C 함량이 과다하여 단선되었다.
Si 영향 : 비교예 3
비교예 3은 Si 함량이 0.3중량%를 초과하여 잔류 스케일 량이 0.06중량%로 다른 실시예들에 비해 열위하였다. 또한, 비교예 3 선재는 신선 가공 시 단선율이 8회/톤으로 신선 가공성이 열위하였다.
Mn 영향 : 비교예 4
비교예 4는 Mn 함량이 2.0중량%를 초과하여 편석 및 저온조직이 발생하여 신선 가공 시 단선이 발생하였다.
P 영향 : 비교예 5
비교예 5는 P 함량이 과다하여 신선 가공 중 단선이 다량으로 발생하였다.
사상압연 온도 영향 : 비교예 6
비교예 6은 C 함량이 상대적으로 다량 함유되어 있고, 2상역 구간인 A3-70℃ 내지 A3℃를 벗어나서 사상압연을 수행하였다. 그 결과, 펄라이트 콜로니가 조대하게 형성되어 신선 가공 시 단선되었다.
권취온도 ~ A1온도 냉각속도 영향 : 비교예 7
비교예 7은 권취온도에서 A1온도까지 급냉하여 제거가 용이한 FeO 분율이 상대적으로 적게 형성되어 스케일 박리성이 열위하였다. 그 결과, 잔류 스케일 량이 발명예에 비해 다량으로 형성되었다.
식 (1) 영향 : 비교예 1
비교예 1은 식 (1)을 만족하지 못하여 목적하는 강도를 확보하지 못하였다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 0.07 내지 0.3%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: 0.1 내지 0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    선재 반지름을 r이라고 할 때, 길이 방향과 수직인 단면의 중심으로부터 0.95*r까지의 영역 내에서 페라이트 면적분율이 90% 이상 및 잔부 펄라이트를 포함하며,
    상기 페라이트의 평균 결정립 크기는 15㎛ 이하이며,
    상기 펄라이트의 콜로니 크기는 5㎛ 이하이고,
    표면 상에 형성되는 스케일층 두께가 10 내지 15㎛, 총 스케일 량이 0.4 내지 0.6중량%이며, 기계적 박리 이후의 잔류 스케일 량이 0.05중량% 이하인 콘크리트 보강 강섬유용 선재.
  2. 제1항에 있어서,
    하기 식 (1)을 만족하는 콘크리트 보강 강섬유용 선재:
    (1) TSWR - 8(120[C] + 14[Si] + 20[Mn] + 100[P]) ≥ 0
    (상기 식 (1)에서 [C], [Si], [Mn], [P]는 각 원소의 중량%, TSWR-는 선재의 인장강도를 의미한다).
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    인장강도가 450MPa 이상인 콘크리트 보강 강섬유용 선재.
  6. 제1항에 있어서,
    단면감소율이 80% 이상인 콘크리트 보강 강섬유용 선재.
  7. 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 0.07 내지 0.3%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: 0.1 내지 0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계;
    A3-70℃ 내지 A3℃에서 사상압연하여 선재를 마련하는 단계;
    상기 마련된 선재를 권취하는 단계; 및
    상기 권취된 선재를 A1℃까지 1 내지 5℃/s로 냉각한 다음, A1℃부터 200℃까지는 15 내지 20℃/s로 냉각하는 단계;를 포함하는 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    하기 식 (2)를 만족하는 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조방법:
    (2) TE - TL/H ≤ 100℃
    (상기 식 (2)에서 TE는 사상압연 입측 전 선재 표면온도이며, TL/H는 권취기 온도를 의미한다).
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    A3-70℃ 내지 A3℃로 사상압연하여 마련되는 선재는,
    페라이트 결정립 평균 크기는 15㎛ 이하이며, 펄라이트 콜로니 크기는 5㎛ 이하인 콘크리트 보강 강섬유용 선재의 제조방법.
  11. 중량%로, C: 0.01 내지 0.04%, Si: 0.07 내지 0.3%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: 0.1 내지 0.3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    하기 식 (3)을 만족하는 콘크리트 보강 강섬유:
    (3) TSF - TSWR - [15/(1.5*FGS0.1)]*e4.61 ≥ 0
    (상기 식 (3)에서 TSF는 강섬유의 인장강도이며, TSWR는 선재의 인장강도이며, FGS는 페라이트 평균 결정립 크기를 의미한다).
  12. 제11항에 있어서,
    인장강도가 1600MPa 이상인 콘크리트 보강 강섬유.
  13. 제1항에 따른 선재를 총 감면율 99% 이상으로 건식신선 및 습식신선하는 단계를 포함하여 제조하고, 신선 시 단선율은 0.5회/톤 이하인 것을 특징으로 하는 콘크리트 보강 강섬유의 제조방법.
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