KR20090132796A - 고강도 저항복비 철근의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표층부에는 연질상인 페라이트와 경한 상인 마르텐사이트의 혼합조직이고, 중심부에는 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직을 형성시킴으로써 고강도이면서도 낮은 항복비를 가지는 고강도 저항복비 철근의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 저항복비 철근의 제조방법은 중량%로 C:0.1~0.4%, Si: 0.1~0.6, Mn: 0.4~1.5%, P: 0.03%이하, S: 0.03%이하, Cu: 0.3%이하, V: 0.15%이하 및 나머지는 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성되는 강재를 1000℃~1250℃의 온도범위로 가열하고, 철근압연공정에서 소정의 압연종료 온도조건으로 열간압연한 후, 소정의 냉각조 내에서 소정의 조업조건으로 수냉하여, 표층부를 AC1+10℃~AC1+80℃의 온도범위로 복열시켜 이루어진다.
고강도, 저항복비, 철근

Description

고강도 저항복비 철근의 제조방법{Method for manufacturing high-strength deformed bar with low yield ratio}
본 발명은 고강도 저항복비 철근의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표층부는 연질상인 페라이트와 마르텐사이트의 혼합조직이고, 중심부는 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직을 형성시킴으로써 고강도이면서도 낮은 항복비를 가지는 고강도 저항복비 철근의 제조방법에 관한 것이다.
근래에 접어들면서, 건축물의 고층화가 진행되고 있으며 이에 따라, 이전보다도 고강도인 철근이 요구되는 실정이다.
더욱이, 철근의 고강도화와 동시에 지진에 대비하기 위하여 항복비(항복강도/인장강도)가 낮은 철근도 요구되고 있는 실정이다.
여기서, 철근의 저항복비가 요구되는 이유는 지진 발생시 입력되는 에너지를 충분히 흡수할 수 있도록 항복변형 후의 변형성능을 향상시키기 위해서이다.
일반적으로 고강도 철근의 제조방법으로서는 다음과 같은 방법들이 있었다.
합금원소의 첨가량을 증가시키는 방법, 일반압연의 경우보다 저온에서 압연하는 제어압연을 실시하는 방법 및 압연 후에 냉각을 빠르게 하여 경한 미세조직을 얻는 방법 등이 실용화되고 있다.
여기서, 전술한 바와 같은 고강도 철근의 제조방법들은 단독으로 사용하는 경우보다는 복수 개의 방법을 병행해서 사용하는 경우가 많았다.
이때, 철근의 고강도화 성향을 높이기 위하여 복수 개의 방법을 병행하여 적용하는 경향은 현저하게 많이 사용되고 있다.
한편, 전술한 바와 같은 종래의 고강도 철근의 제조방법들은 어느 방법을 적용하여도 강도가 높아질수록 항복비는 높아지게 되며, 이는 항복비의 상승을 유발한다.
상세히 언급하면, 종래의 고강도 철근의 제조방법에서는 합금원소가 많아지거나 냉각속도가 빨라지면, 소입성이 증가해서 경한 조직인 베이나이트나 마르텐사이트 조직이 생성되기 쉬우며, 이들 조직은 후속적인 소려처리가 실시되면 항복비는 90%를 넘게 된다.
더욱이, 합금원소의 첨가량을 늘리지 않고 제어압연으로 강도를 상승시킬 경우에도 항복비가 가장 낮은 미세조직인 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직이 생성되지만, 항복강도를 결정짓는 연질상인 페라이트의 항복강도가 증가함에 따라 항복비는 급격하게 상승하여 80% 이하의 항복비를 만족하는 저항복비의 철근을 제조할 수 없게 된다.
따라서, 고강도이면서 저항복비를 갖는 철근을 제조하는 것은 어려우나, 현재의 고층건물의 증가 및 지진발생 빈도의 증가경향에 대응하여 고강도이면서도 낮은 항복비를 가지는 철근이 요구됨에 따라 다양한 고강도 저항복비 철근의 제조방 법이 사용되고 있다.
여기서, 고강도이면서도 낮은 항복비를 가지는 고강도 저항복비 철근의 제조방법에 대한 종래기술들을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 일본공개특허공보 특개평 6-228635호에서는 압연종료온도가 650~850℃ 범위인 제어압연을 실시하는 것이 특징으로 한다.
그러나, 이러한 고강도 저항복비 철근의 제조방법은 온도가 낮아질 때까지 기다려야 하므로 생산성이 저하되며, 저온에서 압연함에 의해 롤에 걸리는 하중이 높아져서 철근압연 롤이 파단 될 위험성이 높다는 문제점이 있었다.
더욱이, 합금원소의 절감이 가능한 수냉처리를 실시하지 않으므로 생산원가의 절감이 이루어질 수 없었다.
한편, 일본공개특허공보 특개평 2-213415호에서는 철근의 압연을 AC1~850℃에서 종료하는 제어압연을 한 후, 2회에 걸쳐서 냉각을 실시하는 방법이 명시되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 고강도 저항복비 철근의 제조방법은 제어압연에 따른 생산성의 저하를 초래함은 물론, 수냉설비에 대하여 수량의 증가가 필요해지는 것 및 배치가 복잡해지는 등의 문제점이 있었다.
그리고, 일본공개특허공보 특개평 9-137222에서는 중간 또는 마무리 압연과정에서 매 압연패스마다 급냉하는 다단계 수냉을 실시하며, 압연이 종료된 후에는 0.1~3.0℃/sec으로 제어냉각 하는 것을 요지로 하고 있다.
이러한 철근의 제조방법은 상기와 같은 다단계 수냉을 위하여 각 압연 스탠드마다 냉각설비를 추가로 개조 또는 교체해야 한다는 문제점이 있었다.
또한, 냉각설비의 추가 개조 및 교체 등으로 인하여 생산설비가 증대된다는 문제점이 있었다.
한편, 종래기술에 따른 항복강도가 400 MPa 이상인 고강도 철근의 제조방법 중의 하나로 QTB(Quenched Tempered Bar)라고 불리는 공정이 있었다.
상기 QTB(Quenched Tempered Bar)공정은 마무리 압연계열의 직후에 수냉장치를 설치하여, 철근의 표면을 급냉한 후, 공냉시킴으로써 표면만을 경한조직인 마르텐사이트로 변태시킨다.
이후, 중심부로부터의 복열에 의해 마르텐사이트를 소려하고, 중심부는 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직으로 변태시키는 공정이다.
이와 같은 공정을 통하여 제조된 철근은 중심과 표면의 경계에서 베이나이트 조직이 생성된다.
상기 QTB(Quenched Tempered Bar)공정은 전술한 바와 같이 온라인(on-line) 상에서의 직접열처리에 의해 합금성분의 절감이 가능하므로, 용접성과 굽힘 특성이 양호한 철근이 얻어지는 공정이다.
이와 같이, 온라인(on-line) 상에서의 직접열처리이기 때문에 생산성이 양호하나, 이러한 공정에 의해 생성되는 소려된 마르텐사이트 조직은 항복비가 90~95% 범위로서, 항복비 80% 이하인 저항복비의 철근을 제조할 수 없다는 문제점이 있다.
다시 말해서, 열처리를 실시하는 공정은 열처리를 실시하지 않고 공냉하는 공정에 비해서 상대적으로 적은 합금원소량으로 고강도를 달성할 수 있으므로, 합금원소를 절감할 수 있는 장점은 있으나, 항복비를 높이는 소려된 마르텐사이트 조직의 생성으로 인해서, 저항복비의 달성에는 상대적으로 불리하다는 문제점이 있다.
그러므로, 최종 압연 후의 열처리를 실시하는 공정에 의해 고강도 저항복비 철근을 제조하는 것은 매우 어렵게 된다.
따라서, 종래기술에 따른 고강도이면서 낮은 항복비를 가지는 철근의 제조방법에서는 다단 냉각과 복열의 반복, 제어압연으로 결정립을 미세화시킴에 의해 소입성을 저하시켜 연질상인 페라이트를 발생시키는 등의 방법을 채용하고 있었다.
그러나, 이러한 종래의 고강도 저항복비 철근의 제조방법들은 생산성이 저하되거나 설비의 추가 및 개조가 필수적으로 요구된다는 문제점이 있었다.
그러므로, 철근에 대한 생산성의 저하가 발생하지 않으며, 수냉각 설비의 추가 또는 개조를 하지 않고도, 고강도이면서 저항복비인 철근을 합금원소 절감형으로 제조할 수 있는 방법이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 표층부는 연질상인 페라이트와 마르텐사이트의 혼합조직이고, 중심부는 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직을 형성시킴으로써 고강도이면서도 낮은 항복비를 가지는 고강도 저항복비 철근의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 저항복비 철근의 제조방법은 중량%로 C:0.1~0.4%, Si: 0.1~0.6, Mn: 0.4~1.5%, P: 0.03%이하, S: 0.03%이하, Cu: 0.3%이하, V: 0.15%이하 및 나머지는 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진 강재를 1000℃~1250℃의 온도범위로 가열하고, 철근압연공정에서 소정의 압연종료 온도조건으로 열간압연한 후, 소정의 냉각조 내의 조업조건으로 수냉하여, 표층부를 AC1+10℃~AC1+80℃의 온도범위로 복열시켜 이루어진다.
여기서, 상기 열간압연은 압연종료온도가 950℃이상에서의 온도조건으로 열간압연이 이루어지며, 상기 냉각조 내의 조업조건인 수량, 수압 및 냉각시간은 수량 200~500 m3/hour, 수압 3~20 bar, 냉각시간 1.0~10초의 범위로 이루어짐이 바람직하다.
한편, 상기 방법에 의해 제조된 철근은 표층부가 연질상인 페라이트와 경질 상인 마르텐사이트의 혼합조직으로 이루어지고, 중심부는 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직으로 형성되며, 항복강도가 400~750 MPa 범위로 고강도를 가지면서 동시에, 항복비가 80% 이하의 저항복비를 가지게 된다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 온라인(on-line) 수냉을 실시하되, 수압, 수량 및 냉각시간 등을 조절함으로써 냉각 후에 철근의 중심부로부터 발생하는 복열을 제어할 수 있다.
둘째, 복열의 제어를 통하여 최표면층이 복열에 의해 가열되는 온도가 AC1(A1변태점)온도보다 10℃~80℃ 정도 높아지게 함으로써 최표층부의 미세조직이 페라이트와 소려된 마르텐사이트의 혼합조직이 되게 할 수 있다.
셋째, 온라인(on-line) 수냉으로 수압, 수량 및 냉각시간 등의 냉각조건을 조절하여 철근의 중심부로부터 발생하는 복열을 제어함으로써 철근을 고강도이면서 저항복비화할 수 있으며, 더욱이 급냉과 복열과정에 의해 생성된 소려마르텐사이트 조직에 의해 증가된 강도상승분 만큼 합금원소를 절감할 수 있다.
넷째, 온라인(on-line) 상에서 냉각조건을 조절하여 복열을 제어함으로써 수냉각 설비의 추가 또는 개조를 하지 않고도, 고강도이면서 저항복비인 철근을 합금원소 절감형으로 제조할 수 있다.
다섯째, 압연종료온도에 특별한 제한을 두지 않는 일반압연을 실시하고, 온라인(on-line) 수냉으로 수압, 수량 및 냉각시간 등의 냉각조건을 조절함으로써 종 래기술에서의 제어압연 및 냉각의 2회이상 실시 등과 달리 생산성이 저하되지 않으면서도 고강도이면서 저항복비인 철근의 제조가 가능하다.
이하, 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명에 따른 고강도 저항복비 철근의 제조방법을 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 고강도 저항복비 철근의 제조방법은 중량%로 C:0.1~0.4%, Si: 0.1~0.6, Mn: 0.4~1.5%, P: 0.03%이하, S: 0.03%이하, Cu: 0.3%이하, V: 0.15%이하 및 나머지는 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진 강재를 1000℃~1250℃의 온도범위로 가열하고, 철근압연공정을 통하여 소정의 압연종료 온도조건으로 열간압연한 후, 소정의 냉각조 내의 조업조건으로 수냉하여, 표층부를 AC1+10℃~AC1+80℃의 온도범위로 복열시켜 이루어진다.
여기서, 상기 열간압연은 압연종료온도가 950℃이상에서의 온도조건으로 이루어지며, 상기 냉각조 내의 조업조건인 수량, 수압 및 냉각시간은 수량 200~500 m3/hour, 수압 3~20 bar, 냉각시간 1.0~10초의 범위로 이루어짐이 바람직하다.
한편, 상기 방법에 의해 제조된 철근은 표층부가 연질상인 페라이트와 경질상인 마르텐사이트의 혼합조직으로 이루어지고, 중심부는 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직으로 형성되며, 항복강도가 400~750 MPa 범위로 고강도를 가지면서 동시에, 항복비가 80% 이하의 저항복비를 가지도록 제조됨이 바람직하다.
이하에서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 고강도 저항복비 철근의 제조방 법에서 강의 화학조성 및 그 제한사유를 설명한다.
또한, 이하에서 언급하는 각 합금원소들의 함유량은 모두 중량비로써 중량%를 의미한다.
상기 C는 강도상승에 유효한 원소이다. 그러나 함유량이 0.10% 미만이면 원하는 고강도가 얻어지지 않는다.
더욱이, 0.4%를 넘으면 강도증가에는 유효하지만 인성 및 연성의 열화가 현저하므로, 0.4% 이하로 지정하여 첨가하는 것이 필요하다. 따라서, C의 함유량은 0.10%~0.4%의 범위로 첨가하는 것이 필요하다.
상기 Si는 철강의 탈산에 필수적인 원소이며, 강도상승에 효과가 있는 원소이다. 그러나 함유량이 0.1% 이하이면 원하는 고강도가 얻어지지 않는다.
더욱이, 0.6%를 넘으면 인성 및 연성의 급격한 저하를 초래한다. 따라서, Si의 함유량은 0.1%~0.6%의 범위로 첨가하는 것이 필요하다.
상기 Mn은 소입성을 향상시킴에 의해 열처리 시에 강도를 상승시키는 효과가 있다.
특히, 전술한 바와 같은 C의 첨가량 제한에 따른 강도보상을 위해 필수적으로 첨가되는 원소이기도 하다.
여기서, 상기 Mn은 첨가량이 0.4% 이하이면 소입성 향상효과가 거의 없고 1.5%를 넘으면 용접성이 저하되며, 균열발생의 위험성이 높아진다.
따라서, Mn의 첨가량은 0.4%~1.5%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 P는 강재의 충격 인성을 저해하는 불순물로서, 연주시 중심편석부에 집 적하여 내부품질 및 가공성을 해치고, 수소 취화의 원인이 되기 때문에 최소한으로 억제하는 것이 좋다.
따라서, 제강 설비 능력을 고려하게 되면 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 S는 상기 P와 동일하게 연성 및 충격 인성에 유해한 원소로서, 연속주조시 고온 균열과 중심 편석을 유발한다.
또한, MnS 등의 개재물로 형성되어 내부품질 불량의 원인이 되기 때문에 그 함유량을 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Cu는 제강원료인 철 스크랩에 불가피하게 함유되는 원소로서, 석출강화효과에 의해 강도를 상승시키지만, 많이 첨가되면 표면결함을 유발시키므로 그 첨가량을 0.5% 이하로 제한한다.
상기 V는 고온에서 C 또는 N과 화학결합하여, V(C,N)인 석출물을 형성하게 되며, 그로 인해 석출강화 효과를 유발한다.
그러나, 함유량이 0.15%를 넘으면 강도가 높아지는 정도가 작아져서 그 효과가 줄어들며, 더욱이 항복강도를 집중적으로 증가시킴에 의해 항복비를 높이게 된다.
이외에도 V의 첨가는 충격인성을 저하시키므로, V의 적정 첨가량은 0.15% 이하로 제한한다.
이때, 상기 V는 본 발명에서는 반드시 첨가해야 하는 것은 아니다.
전술한 바와 같은 합금원소들이 각각의 중량비 범위 내에서 첨가되고, 나머 지는 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성된 강재를 전기로에서 제조한 후, 연속주조에 의해 빌렛(billet)으로 만든다.
이후, 주조된 빌렛(billet)을 가열로에서 1000℃~1250℃의 온도범위로 재가열하여 추출한 후, 통상의 철근압연공정에 따라서 열간압연을 실시한다.
이때, 열간압연조건은 특별히 제약조건은 없으나, 압연롤의 부하 및 생산성 등을 고려할 때, 가능한 높은 온도에서 압연을 종료하는 것이 좋으므로, 압연종료온도를 950℃ 이상의 온도조건으로 적용시키는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 압연종료온도가 높으면 최종적인 철근제품의 결정립 크기는 상대적으로 조대해지며, 이는 결정립이 미세한 경우보다도 항복비를 낮추는 데에 있어서 유리하게 된다.
한편, 열간압연이 끝난 철근들은 수냉조에 통과시켜서 열처리를 실시하게 되며, 이때 수냉조 내의 냉각조건, 즉 수량, 수압 및 냉각시간을 소정의 범위 내에서 조절한다.
이와 같이, 소정의 범위 내에서 냉각조건을 조절함으로써 표층부에 페라이트 조직을 일부 생성시킬 수 있으며, 이에 따라 저항복비를 가질 수 있다.
상세히 알아보면, 수냉각 설비의 냉각조업조건을 수량은 200~500 m3/hour의 범위, 수압은 3~20 bar의 범위 및 냉각시간은 1.0초~10초의 범위로 냉각조업조건을 제어한다.
상기와 같이, 냉각조업조건을 소정의 범위 내에서 제어하여, 표층부를 AC1(A1 변태점온도)+10℃~AC1(A1변태점온도)+80℃의 범위로 복열시킬 수 있으며 이를 통하여, 표층부는 페라이트와 소려마르텐사이트의 혼합조직, 중심부는 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직이 형성될 수 있다.
표층부는 페라이트와 소려마르텐사이트의 혼합조직, 중심부는 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직이 형성됨으로써 고강도이면서도 저항복비를 가지는 철근을 제조할 수 있다.
한편, 각각의 철근 직경에 따라 복열되는 정도가 다르므로, 이를 고려하여 냉각조 내의 조업조건인 수압, 수량 및 냉각시간을 전술한 바와 같은 소정의 범위 내에서 조절함이 바람직하다.
즉, 직경이 작은 철근의 경우에는 표면의 냉각속도가 가장 빠르고, 그만큼 내부로부터의 복열량이 적으므로 수압, 수량 및 냉각시간을 모두 낮게 하고, 그보다 직경이 굵어질수록 수압, 수량 및 냉각시간을 높이도록 한다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
여기서, 종래법(공냉)에 의한 실시예도 함께 대비하여 설명하기로 한다.
Figure 112008044711728-PAT00001
* 상기 표 1에서 C, Si, Mn, Cu, V의 값은 중량%를 의미함.
상기 표 1의 합금원소 조성을 가지는 가로와 세로의 길이가 각각 150mm인 연속주조된 빌렛(billet)을 1000℃~1250℃의 온도범위로 가열로에서 가열한 후, 추출하여 철근제조를 위한 열간압연을 실시했다.
이때, 열간압연은 온도와 압하량에 제약을 두지 않는 일반압연을 실시하였으며, 철근의 직경이 작아질수록 압연종료온도가 낮아지지만 최저 950℃ 이상의 압연종료온도 범위로 실시되었다.
열간압연이 종료된 철근은 즉시 수냉을 하였으며, 이때 수냉은 앞서 설명한 소정의 냉각조업조건의 범위 내에서 조절하여 실시하였으며, 비교를 위하여 일부 철근에 대하여서는 종래방법에 의한 공냉을 실시하였다.
이하에서 언급되는 화학조성은 합금원소들의 조성을 말하고, 기계적 성질은 항복강도, 인장강도 및 항복비를 의미한다.
실시예 1은 공냉을 실시한 철근의 화학조성 및 기계적 성질을 나타내는 것으로, 항복비가 80% 이하이며, 이는 공냉처리된 철근은 모두 항복비가 80%미만으로 나타나는 것과 같은 경향을 보여준다.
그러나, 실시예 2의 화학조성과 비교하면, 철근의 직경과 강도수준이 거의 같음에도 불구하고 Mn과 V의 함유량이 0.7% 및 0.07%가 더 많음을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 공냉재는 제조공정상 특별한 제어를 하지 않고서도 쉽게 낮은 항복비를 얻을 수 있으나, 수냉재와 동등한 강도수준을 얻기 위해서는 합금원소 함유량이 더 많아야 함을 알 수 있다.
한편, 상기와 같은 공냉재와 수냉재의 합금원소의 함유량 차이가 발생하는 경향은 공냉의 경우인 실시예 4와 수냉처리한 경우인 실시예 5, 6, 7 및 8과의 비교에서도 동일하게 나타남을 알 수 있다.
더욱이, 공냉의 경우인 실시예 9와 수냉처리한 경우인 실시예 10, 11 및 12와의 비교에서도 확인이 가능하다.
전술한 바와 같은 공냉처리된 실시예 1, 4 및 9와 수냉처리된 실시예 3, 5~8, 10~12에서, 수냉처리한 경우의 Mn 함유량이 공냉처리한 경우의 함유량보다 0.6~0.8% 정도 적게 함유되는 결과가 나타나고 있다.
따라서, 공냉재는 제조공정상 특별한 제어를 하지 않고서도 쉽게 낮은 항복비를 얻을 수 있으나, 수냉재와 동등한 강도수준을 얻기 위해서는 합금원소 함유량이 더 많아야 함을 알 수 있다.
한편, 실시예 2와 실시예 3을 상호 비교하면, 직경과 화학조성은 같으나, 냉각조건(수량, 수압 및 냉각시간)이 다르게 적용된 것을 알 수 있다.
상세하게는, 실시예 3(발명예 1)의 경우에는 냉각수량과 냉각시간이 실시예 2(비교예 2)보다 냉각수량이 적고, 냉각시간이 짧게 적용된다.
이로 인하여, 실시예 3(발명예 1)의 경우에는 물에 의해 빼앗기는 열량이 적으며, 그 결과로 복열되는 열량이 상대적으로 많아지게 되어 복열에 의해 표층부가 가열되는 온도가 실시예 2(비교예 2)보다 상대적으로 높아지고, 결과적으로 AC1(A1 변태점)온도보다 높아지게 된다.
이때, 실시예 3(발명예 1)의 표층부가 복열에 의해 가열되는 온도는 AC1(A1 변태점)온도보다 10℃~80℃가 높아지는 범위로 발생한다.
한편, 도 1은 실시예 3(발명예 1)의 표층부 미세조직사진을 나타내는 것으로 도 1 을 참조하면, 실시예 3(발명예 1)의 경우에 상당량의 페라이트가 생성되었음을 알 수 있다.
또한, 이로 인하여 항복비가 75.9%로서 실시예 2의 80.2%보다 현저히 낮아졌음을 알 수 있다.
더욱이, 표 1에서의 발명예 1~6에서의 철근은 표층부의 미세조직이 도 1과 대동소이한 상태로 나타났다.
한편, 직경 43mm와 57mm인 철근의 경우에 대한 것으로, 실시예 4~12 중에서도 공냉처리된 실시예 4 및 9에서는 항복비는 80% 이하의 값으로 저항복비를 만족하나, Mn의 의 함유량이 현저히 증대되어, 합금원소의 함유량은 줄이면서 고강도 저항복비의 철근을 제조할 수 없음을 알 수 있다.
또한, 직경 43mm와 57mm인 철근의 경우에 대한 것으로, 실시예 4~12 중 수냉처리(냉각조업조건인 수량, 수압 및 냉각시간이 발명예 2~4 및 발명예 5~6에서 보다 상대적으로 큰 값을 가지는 냉각처리)된 실시예 5 및 실시예 10에서는 항복비가 80% 이상으로 나타나고 있다.
따라서, 공냉처리된 철근과 수냉처리에서도 냉각조업조건 중, 특히 수량이 많고, 냉각시간이 길게 적용되는 경우에는 고강도이면서도 낮은 항복비(80% 이하)를 가지며, 합금원소의 함유량을 절감시킨 철근의 제조는 어려운 것을 알 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 실시예 4, 5, 9 및 10을 제외한 나머지 실시예들(발명예 1~6)에서는 항복비가 모두 76% 이하로서 안정된 값을 나타내고 있다.
다만, 직경이 커짐에 따라서 수량, 수압 및 냉각시간이 점진적으로 높아지게 됨을 알 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 합금원소의 함유량에 대한 조건 및 냉각조업조건(수량, 수압 및 냉각시간)의 일정범위 내에서의 조절을 통하여 직경에 따라 각각 적용하는 철근의 제조방법을 통하여 고강도이면서도 낮은 항복비(80% 이하)를 가지는 철근을 제조할 수 있게 된다.
한편, 항복비가 낮더라도 항복점 연신이 없으면 소성변형능이 그만큼 작아지므로 항복점 연신은 반드시 나타나야 하는데, 표 1의 발명예들(발명예 1~6)의 경우에는 모두 항복점 연신이 나타나고 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 고강도 저항복비 철근의 제조방법은 철근 압연공정이 종료된 후, 온라인(on-line) 상에서의 수냉 열처리 작업 시 수량, 수압 및 냉각시간의 냉각조건을 소정의 범위 내에서 제어함으로써 최표층부의 조직을 소려된 마르텐사이트와 페라이트가 혼합되게 할 수 있다.
이와 같이, 최표층부의 미세조직에 소려마르텐사이트조직이 추가되어 연질상인 페라이트가 도입되게 함으로써, 제조되는 철근이 고강도이면서 낮은 항복비를 갖는 것이 가능하다.
더욱이, 온라인(on-line) 상에서 냉각조건을 조절하여 복열을 제어함으로써 수냉각 설비의 추가 또는 개조를 하지 않고도, 고강도이면서 저항복비인 철근을 합금원소 절감형으로 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 고강도 저항복비 철근의 제조방법을 적용하게 되면, 항복강도가 400~750 MPa 범위로서 고강도임에도 불구하고 항복비가 80% 이하로서 낮으며, 합금원소의 첨가량도 적은 경제형 철근을 생산성의 저하 없이 제조할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의해 제조된 철근은 낮은 제조원가로 초고층 빌딩의 내진용 철근콘크리트용 철근으로 사용할 수도 있게 된다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 표1에서의 발명예1을 통한 철근에서 표층부의 미세조직에 대한 사진이미지.

Claims (3)

  1. 중량%로 C:0.1~0.4%, Si: 0.1~0.6, Mn: 0.4~1.5%, P: 0.03%이하, S: 0.03%이하, Cu: 0.3%이하, V: 0.15%이하 및 나머지는 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진 강재를 1000℃~1250℃의 온도범위로 가열하고, 철근압연공정을 통하여 소정의 압연종료 온도조건으로 열간압연한 후, 소정의 냉각조 내의 조업조건으로 수냉하여, 표층부를 AC1+10℃~AC1+80℃의 온도범위로 복열시켜 이루어지는 고강도 저항복비 철근의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열간압연은 압연종료온도가 950℃이상에서의 온도조건으로 이루어지며, 상기 냉각조 내의 조업조건인 수량, 수압 및 냉각시간은 수량 200~500 m3/hour, 수압 3~20 bar, 냉각시간 1.0~10초의 범위임을 특징으로 하는 고강도 저항복비 철근의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방법에 의해 제조된 철근은 표층부가 연질상인 페라이트와 경질상인 마르텐사이트의 혼합조직으로 이루어지고, 중심부는 페라이트와 퍼얼라이트의 혼합조직으로 형성되며, 항복강도가 400~750 MPa 범위로 고강도를 가지면서 동시에, 항복 비가 80% 이하의 저항복비를 가지는 것을 특징으로 하는 고강도 저항복비 철근의 제조방법.
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