KR20180031730A - 고강도 pc 강선 - Google Patents

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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

강선의 화학 성분이 질량 %로, C:0.90~1.10%, Si:0.80~1.50%, Mn:0.30~0.70%, P:0.030% 이하, S:0.030% 이하, Al:0.010~0.070%, N:0.0010~0.010%, Cr:0~0.50%, V:0~0.10%, B:0~0.005%, Ni:0~1.0%, Cu:0~0.50%, 및, 잔부:Fe 및 불순물이며, 강선의 표면으로부터 0.1D[D:강선의 선 직경]의 부위(표층부)의 비커스 경도(HvS)와 표층부보다 내측의 영역의 비커스 경도(HvI)의 비가 [1.10＜HvS/HvI≤1.15]를 만족하고, 강선의 표면으로부터 10㎛까지의 영역(최표층 영역)에 있어서의 평균 탄소 농도가, 상기 강선의 탄소 농도의 0.8배 이하이며, 상기 최표층 영역보다 내측의 영역에 있어서의 금속 조직이 면적%로, 펄라이트 조직: 95% 이상이며, 또한, 인장 강도가 2000~2400㎫인, 고강도 PC 강선. 이 고강도 PC 강선은 제조 방법이 용이하고, 또한, 내지연 파괴 특성이 우수하다.

Description

고강도 PC 강선
본 발명은, 프리스트레스트 콘크리트 등에 이용되는 PC 강선에 관한 것이며, 특히, 인장강도가 2000㎫ 이상이며, 또한, 내지연 파괴 특성을 향상시킨 고강도 PC 강선에 관한 것이다.
PC 강선은, 주로, 토목 및 건축 구조물에 이용되는 프리스트레스트 콘크리트의 긴장용에 이용된다. 종래, PC 강선은, 피아노선재를 패턴팅(patenting) 처리하여 펄라이트 조직으로 한 후, 신선 가공 및 연선 가공을 행하고, 최종 공정에서 시효 처리하여 제조되고 있다.
근래, 시공 코스트의 저감 및 구조물의 경량화를 목적으로, 인장강도가 2000㎫를 초과하는 고강도 PC 강선이 요구되고 있다. 그러나, PC 강선의 고강도화에 따라, 내지연 파괴 특성이 저하된다는 문제가 있었다.
PC 강선의 내지연 파괴 특성을 향상시키는 기술로서, 예를 들면, 일본국 특허공개 2004-360005호 공보에서는, 강선 표층의 적어도 1/10d(d는 강선 반경)까지의 깊이의 영역에 있어서, 펄라이트 중의 판 형상 시멘타이트의 평균 애스펙트비를 30 이하로 한 고강도 PC 강선이 제안되어 있다. 또, 일본국 특허공개 2009-280836호 공보에서는, 인장강도를 2000㎫ 이상으로 하기 위해, 강선의 선 직경을 D로 한 경우에, 표면으로부터 0.1D까지의 영역의 경도를, 표면으로부터 0.1D까지의 영역보다 내측의 영역의 경도의 1.1배 이하로 한 고강도 PC 강선이 제안되어 있다.
일본국 특허공개 2004-360005호 공보 일본국 특허공개 2009－280836호 공보
그러나, 일본국 특허공개 2004-360005호 공보에 기재된 고강도 PC 강선은, 인장강도가 2000㎫에 못 미치기 때문에, 프리스트레스트 콘크리트 등에 이용되는 PC 강선으로서, 인장강도가 충분하지 않았다. 또, 일본국 특허공개 2009-280836호 공보에 기재된 고강도 PC 강선은, 충분한 인장강도를 갖지만, 표면으로부터 0.1D까지의 영역의 경도를, 표면으로부터 0.1D까지의 영역보다 내측의 영역의 경도의 1.1배 이하로 하기 위해, 특수한 열처리를 필요로 한다. 즉, 일본국 특허공개 2009-280836호 공보에서는, 선재를 900℃~1100℃로 가열 후, 600~650℃의 온도 범위로 보정하여 부분적인 펄라이트 변태 처리를 실시한 후, 계속해서 540℃~600℃ 미만의 온도 범위로 유지하는 것, 열간 압연에 의해 700~950℃에서 마무리 압연한 후, 500~600℃의 온도 범위로 냉각하는 것, 및, 신선 가공 후에 450℃를 초과하여 650℃ 이하의 온도 범위로 2~30초 유지하고, 계속해서 250~450℃에서의 블루잉 처리를 실시하는 것이 필요하고, 제조 방법이 복잡했다.
본 발명은, 상기 현상을 감안하여 이루어진 것이며, 제조 방법이 용이하고, 또한, 내지연 파괴 특성이 뛰어난 고강도 PC 강선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 예의 검토를 행한 결과, 하기의 지견을 얻기에 이르렀다.
종래 제안되어 있는 고강도 PC 강선은, 내지연 파괴 특성을 향상시키기 위해서, 강선의 표면으로부터 직경의 1/20까지의 깊이의 영역 또는 1/10까지의 깊이의 영역에 있어서의 조직 및 경도에 주목하는 것이었다. 본 발명자들은, 인장강도가 2000㎫를 초과하는 고강도 PC 강선의 경도 분포를 상세하게 조사한 결과, 그 경도 분포는 강선의 중심을 대칭으로 하는 M자형을 갖는다. 그리고, 강선의 표면으로부터 10㎛까지의 영역(이하, 최표층 영역이라고도 한다.)에 있어서의 금속 조직을 제어하면, 강선의 선 직경을 D로 했을 때, 상기 강선의 표면으로부터 0.1D의 부위(이하, 표층부라고도 한다.)의 비커스 경도와, 상기 표층부보다 내측의 영역(이하, 내영역이라고도 한다.)의 비커스 경도의 비가 1.1배를 초과하는 경우라도, 내지연 파괴 특성이 뛰어난 고강도 PC 강선을 얻을 수 있다는 결론에 도달했다.
그에 더하여, 본 발명자들은, PC 강선의 내지연 파괴 특성을 향상시키기 위해서는, 최표층 영역의 평균 탄소 농도를 저하시키는 것이 유효한 것을 알아냈다. 지연 파괴의 발생 기점은 표면이기 때문에, 표면의 평균 탄소 농도를 저하시킴으로써, 표면에 있어서 파괴 인성값이 향상한다. 그 결과, 균열의 발생이 억제되고, 내지연 파괴 특성이 향상했다고 추정할 수 있다.
그러나, 그 한편, PC 강선은, 표면에 평균 탄소 농도가 낮은 층이 형성되어 있으면, 내지연 파괴 특성을 향상시킬 수 있지만, 강도가 충분하지 않다. 그래서, 강선의 최표층 영역에만 평균 탄소 농도를 저하시킨 층을 형성하는, 즉, 평균 탄소 농도를 저하시킨 층의 두께를 얇게 한다. 이로 인해, 강도 및 염회(捻回) 등의 특성을 열화시키지 않고, 내지연 파괴 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
즉, 최표층 영역의 평균 탄소 농도를, 상기 강선 중의 평균 탄소 농도의 0.8배 이하로 하고, 또한, 상기 최표층 영역보다 내측의 영역에 있어서 펄라이트 조직의 면적율을 95% 이상으로 함으로써, 강선의 강도를 높게 해도 내지연 파괴 특성을 열화시키지 않는 것이 가능하다.
본 발명은, 상기의 지견을 기초로 하여 이루어진 것이며, 그 요지는, 하기에 나타내는 고강도 PC 강선에 있다.
(1)강선의 화학 조성이, 질량%로,
C:0.90~1.10%,
Si:0.80~1.50%,
Mn:0.30~0.70%,
P:0.030% 이하,
S:0.030% 이하,
Al:0.010~0.070%,
N:0.0010~0.010%,
Cr:0~0.50%,
V:0~0.10%,
B:0~0.005%,
Ni:0~1.0%,
Cu:0~0.50%, 및,
잔부:Fe 및 불순물이며,
상기 강선의 선 직경을 D로 했을 때, 상기 강선의 표면으로부터 0.1D의 부위의 비커스 경도와, 상기 강선의 표면으로부터 0.1D의 부위보다 내측의 영역의 비커스 경도의 비가 하기 (i)식을 만족하고,
상기 강선의 표면으로부터 10㎛까지의 영역에 있어서의 평균 탄소 농도가, 상기 강선의 탄소 농도의 0.8배 이하이며,
상기 강선의 표면으로부터 10㎛의 부위보다 내측의 영역에 있어서의 금속 조직이, 면적%로,
펄라이트 조직:95% 이상이며, 또한,
인장강도가 2000~2400㎫인, 고강도 PC 강선.
1.10＜HvS/HvI≤1.15···(i)
단, 상기 (i)식 중의 각 기호의 의미는, 이하와 같다.
HvS:강선의 표면으로부터 0.1D의 부위의 비커스 경도
HvI:강선의 표면으로부터 0.1D의 부위보다 내측의 영역의 비커스 경도
(2)상기 화학 조성이, 질량%로,
Cr:0.05~0.50%,
V:0.01~0.10%, 및,
B:0.0001~0.005%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1)에 기재된 고강도 PC 강선.
(3)상기 화학 조성이, 질량%로,
Ni:0.1~1.0%, 및,
Cu:0.05~0.50%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 고강도 PC 강선.
본 발명에 의하면, 제조 방법이 용이하고, 또한, 내지연 파괴 특성이 뛰어난 고강도 PC 강선을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 고강도 PC 강선의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 경도 분포의 일례를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 대해 자세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「최표층 영역」이란, 강선의 표면으로부터 10㎛까지의 영역을 말하며, 「표층부」란, 강선의 선 직경을 D로 했을 때, 상기 강선의 표면으로부터 0.1D의 부위를 말하며, 「내영역」이란, 상기 강선의 표면으로부터 0.1D의 부위보다 내측의 영역을 말한다.
(A)화학 조성
본 발명의 고강도 PC 강선에 있어서, 화학 조성을 한정하는 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
C:0.90~1.10%
C는, 강선의 인장강도를 확보하기 위해 함유시킨다. C 함유량이 0.90% 미만이면, 소정의 인장강도를 확보하는 것이 곤란하다. 한편, C 함유량이 1.10%를 초과하면, 초석 시멘타이트량이 증가하고, 신선 가공성이 열화한다. 그 때문에, C 함유량을 0.90~1.10%로 했다. 고강도 및 신선 가공성을 양립하는 것을 고려하면, C 함유량은 0.95% 이상인 것이 바람직하고, 또, 1.05% 이하인 것이 바람직하다.
Si:0.80~1.50%
Si는, 릴랙세이션 특성을 높임과 더불어, 고용강화에 의해 인장강도를 높이는 효과를 갖는다. 또한, 탈탄을 촉진하여, 최표층 영역의 평균 탄소 농도를 저하시키는 효과가 있다. Si 함유량이 0.80% 미만에서는, 이들 효과가 불충분하다. 한편, Si 함유량이 1.50%를 초과하면, 상기 효과가 포화됨과 더불어, 열간 연성이 열화하여, 제조성이 저하한다. 그 때문에, Si 함유량을 0.80~1.50%로 했다. Si 함유량은 1.0%를 초과하는 것이 바람직하고, 또, 1.40% 이하인 것이 바람직하다.
Mn:0.30~0.70%
Mn은, 펄라이트 변태 후의 강의 인장강도를 높이는 효과가 있다. Mn 함유량이 0.30% 미만에서는, 그 효과가 불충분하다. 한편, Mn 함유량이 0.70%를 초과하면, 효과가 포화된다. 그 때문에, Mn 함유량을 0.30~0.70%로 했다. Mn 함유량은 0.40% 이상인 것이 바람직하고, 또, 0.60% 이하인 것이 바람직하다.
P:0.030% 이하
P는, 불순물로서 함유된다. P는, 결정립계에 편석하여 내지연 파괴 특성을 열화시키기 때문에, 억제하는 쪽이 좋다. 그래서, P 함유량을 0.030% 이하로 했다. P 함유량은 0.015% 이하인 것이 바람직하다.
S:0.030% 이하
S는, P와 마찬가지로, 불순물로서 함유된다. S는, 결정립계에 편석하여 내지연 파괴 특성을 열화시키기 때문에, 억제하는 쪽이 좋다. 그래서, S 함유량을 0.030% 이하로 했다. S 함유량은 0.015% 이하인 것이 바람직하다.
Al:0.010~0.070%
Al은, 탈산 원소로서 기능함과 더불어, AlN를 형성하고 결정립을 세립화하여 연성을 향상시키는 효과, 및, 고용(固溶)N을 저감하여 내지연 파괴 특성을 향상시키는 효과를 갖는다. Al 함유량이 0.010% 미만에서는, 상기 효과를 얻을 수 없다. 한편, Al 함유량이 0.070%를 초과하면, 상기 효과가 포화됨과 더불어 제조성을 열화시킨다. 그 때문에, Al 함유량을 0.010~0.070%로 했다. Al 함유량은 0.020% 이상인 것이 바람직하고, 또, 0.060% 이하인 것이 바람직하다.
N:0.0010~0.0100%
N은, Al 또는 V와 질화물을 형성하고, 결정립경을 세립화하여 연성을 향상시키는 효과를 갖는다. N 함유량이 0.0010% 미만에서는, 상기 효과를 얻을 수 없다. 한편, N 함유량이 0.0100%를 초과하면, 내지연 파괴 특성을 열화시킨다. 그 때문에, N 함유량을 0.0010~0.0100%로 했다. N 함유량은 0.0020% 이상인 것이 바람직하고, 또, 0.0050% 이하인 것이 바람직하다.
Cr:0~0.50%
Cr은, 펄라이트 변태 후의 강의 인장강도를 높이는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 그러나, Cr 함유량은, 0.50%를 초과하면, 합금 코스트가 오를 뿐만 아니라, 본 발명에 불필요한 마텐자이트 조직이 생기기 쉬워져, 신선 가공성 및 내지연 파괴 특성을 열화시킨다. 그 때문에, Cr 함유량을 0.50% 이하로 했다. Cr 함유량은 0.30% 이하인 것이 바람직하다. 또, 상기 효과를 충분히 얻기 위해, Cr 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.10% 이상인 것이 보다 바람직하다.
V:0~0.10%
V는, 탄화물 VC를 석출하고, 인장강도를 높임과 더불어, VC 또는 VN을 생성하고, 이들이 수소 트랩 사이트로서 기능하기 때문에, 내지연 파괴 특성을 향상시키는 효과를 갖는다. 그 때문에, 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 그러나, V는, 0.10%를 초과하여 함유시키면 합금 코스트가 높아지기 때문에, V 함유량을 0.10% 이하로 했다. V 함유량은 0.08% 이하인 것이 바람직하다. 또, 상기 효과를 충분히 얻기 위해, V 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.03% 이상인 것이 보다 바람직하다.
B:0~0.005%
B는, 펄라이트 변태 후의 인장강도를 높이는 효과, 및, 내지연 파괴 특성을 향상시키는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 그러나, B는, 0.005%를 초과하여 함유시키면, 상기 효과가 포화된다. 그 때문에, B 함유량을 0.005% 이하로 했다. B 함유량은 0.002% 이하인 것이 바람직하다. 또, 상기 효과를 충분히 얻기 위해, B 함유량은 0.0001% 이상인 것이 바람직하고, 0.0003% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Ni:0~1.0%
Ni는, 수소의 침입을 억제하고, 내수소취화(脆化)를 방지하는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 그러나, Ni 함유량이 1.0%를 초과하면, 합금 코스트가 오름과 더불어, 마텐자이트 조직이 생기기 쉬워져 신선 가공성 및 내지연 파괴 특성을 열화시킨다. 그 때문에, Ni 함유량을 1.0% 이하로 했다. Ni 함유량은 0.8% 이하인 것이 바람직하다. 또, 상기 효과를 충분히 얻기 위해, Ni 함유량은 0.1% 이상인 것이 바람직하고, 0.2% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Cu:0~0.50%
Cu는, 수소의 침입을 억제하고, 내수소취화를 방지하는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 그러나, Cu 함유량이 0.50%를 초과하면, 열간 연성을 저해하고 제조성이 열화함과 더불어, 마텐자이트 조직이 생기기 쉬워져, 신선 가공성 및 내지연 파괴 특성을 열화시킨다. 그 때문에, Cu 함유량을 0.50% 이하로 했다. Cu 함유량은 0.30% 이하인 것이 바람직하다. 또, 상기 효과를 충분히 얻기 위해, Cu 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.10% 이상인 것이 보다 바람직하다.
잔부:Fe 및 불순물
본 발명의 고강도 PC 강선은, 상기의 원소를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불순물인 화학 조성을 갖는다. 「불순물」이란, 강을 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 여러 가지의 요인에 의해 혼입하는 성분으로서, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
O는, 고강도 PC 강선 중에 불순물로서 함유되고, Al 등의 산화물로서 존재한다. O 함유량이 많으면 조대한 산화물이 형성되고, 신선 가공시에 단선의 원인이 된다. 그 때문에, O 함유량은 0.01% 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
(B)비커스 경도
1.10＜HvS/HvI≤1.15···(i)
본 발명의 고강도 PC 강선은, 표층부의 비커스 경도(HvS)와, 내영역의 비커스 경도(HvI)의 비(HvS/HvI)가 1.10을 초과해도, 내지연 파괴 특성을 향상시킬 수 있다. 한편, HvS/HvI가 1.15를 초과하면, 내지연 파괴 특성이 떨어진다. 따라서, 본 발명의 고강도 PC 강선은, 상기 (i)식을 만족할 필요가 있다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 고강도 PC 강선의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 경도 분포의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 고강도 PC 강선은, 그 경도 분포가, 고강도 PC 강선의 중심(표면으로부터의 거리 0.5D의 위치)을 대칭으로 하는 M자형을 갖는다. 그 결과, 고강도 PC 강선이 내지연 파괴 특성이 뛰어난 것이 된다.
여기서, 내영역의 비커스 경도(HvI)란, 표면으로부터의 깊이가 0.25D인 부위 및 0.5D인 부위(중심부)에 있어서의 경도의 평균값을 말한다.
(C)평균 탄소 농도
본 발명의 고강도 PC 강선에서는, 최표층 영역에 있어서의 평균 탄소 농도가, 상기 강선의 탄소 농도의 0.8배 이하이다. 여기서, 상기 강선의 탄소 농도란, 상기 강선에 포함되는 탄소의 함유량을 나타낸다. 최표층 영역에 있어서의 평균 탄소 농도를, 상기 강선의 탄소 농도의 0.8배 이하로 하면, 표층부의 비커스 경도(HvS)와 내영역의 비커스 경도(HvI)의 비(HvS/HvI)가 1.10을 초과하는 경우라도, 내지연 파괴 특성을 향상시킬 수 있다. 최표층 영역에 있어서의 평균 탄소 농도는, 상기 강선의 탄소 농도의 0.7배 이하인 것이 바람직하다.
또, 고강도 PC 강선에 있어서, 상기 강선의 탄소 농도의 0.8배 이하가 되는 영역이 표면으로부터 10㎛를 초과하는, 즉, 고강도 PC 강선의 중심을 향해 확대하면, 강도가 저하한다. 그 때문에, 고강도 PC 강선의 표면으로부터 10㎛까지의 영역으로 했다. 또한, 평균 탄소 농도는, 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA)를 이용하여 측정할 수 있다.
(D)금속 조직
본 발명의 고강도 PC 강선에서는, 최표층 영역보다 내측, 즉 강선의 표면으로부터 10㎛의 부위보다 내측의 영역에 있어서의 펄라이트 조직의 면적율이 95% 이상이다. 최표층 영역보다 내측의 영역에 있어서의 펄라이트 조직의 면적율이 95% 미만이면, 강도가 저하한다. 또한, 펄라이트 조직의 면적율은, 고강도 PC 강선의 광학 현미경 또는 전자현미경에 의한 관찰로부터 측정 가능하다.
(E)인장강도
인장강도:2000~2400㎫
고강도 PC 강선의 인장강도가 2000㎫ 미만이면, 연선 가공의 PC 스트랜드의 강도가 불충분하기 때문에, 시공 코스트의 저감 및 경량화가 어렵다. 한편, 고강도 PC 강선의 인장강도가 2400㎫를 초과하면, 내지연 파괴 특성이 급격하게 열화한다. 이 때문에, 고강도 PC 강선의 인장강도를 2000~2400㎫로 했다.
(F)제조 방법
제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 이하와 같은 방법으로, 본 발명의 고강도 PC 강선을 용이하게, 또한, 염가로 제조할 수 있다.
우선, 상술한 조성을 갖는 강편을 가열한다. 가열 온도는, 1170℃~1250℃인 것이 바람직하다. 최표층 영역의 평균 탄소 농도의 저감에는, 강편표면이 1170℃ 이상이 되는 시간이 10분 이상인 것이 바람직하다.
그 후, 열간 압연을 행하고, 링 형상으로 권취한다. 권취 온도는, 고강도 PC 강선의 최표층 영역에 있어서, 페라이트 및 오스테나이트역의 체류 시간이 길어지고, 탈탄을 촉진하여 최표층 영역의 평균 탄소 농도의 저감을 유효하게 하므로, 700~850℃인 것이 바람직하다.
권취 후에 용융 염조에 침지하여 펄라이트 변태 처리를 행한다. 권취 후로부터 600℃까지의 냉각 속도는 30℃／초 이상인 것이 바람직하고, 용융 염조 온도는 500℃ 미만인 것이 바람직하다. 또, 최표층 영역보다 내측의 영역에 있어서, 펄라이트 조직을 95% 이상으로 하기 위해서는, 일단, 500℃ 미만의 용융 염조에 침지 후, 500~600℃의 용융 염조에 20초 이상 유지하는 것이 바람직하다. 이와 같이 용융 염조에서의 침지 온도를 바꾸기 위해서는, 2조 이상으로 이루어지는 용융 염조를 이용하는 것이 효과적이다. 용융 염조에 대한 침지 개시부터 침지 종료까지의 총 침지 시간은 50초 이상으로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 펄라이트 변태 후의 선재를 신선 가공하여 강도를 부여하고, 그 후, 시효 처리를 행한다. 신선 가공은, 총 감면율 65% 이상으로 행하는 것이 바람직하다. 또, 시효 처리는, 350~450℃에서 행하는 것이 바람직하다.
이상의 방법으로, 본 발명의 고강도 PC 강선을 제조할 수 있다.
얻어진 강선의 선 직경은, 3.0㎜ 이상인 것이 바람직하고, 4.0㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 8.0㎜ 이하인 것이 바람직하고, 7.0㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 강종 a~m을, 표 2에 나타내는 조건으로 가열하고 열간 압연을 행하고, 링 형상으로 권취하고, 열간 압연 라인 후방의 용융 염조에 침지하여 패턴팅 처리를 행하고, 선재를 제조했다. 그 후, 얻어진 선재를 표 2에 나타내는 선 직경까지 신선 가공을 행하고, 연장선 후에 가열하여 시효 처리를 행하고, 시험 번호 1~28에 나타내는 고강도 PC 강선을 제조했다. 그리고, 이들 강선에 대해서, 이하의 시험을 행했다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
인장강도 시험은, JIS Z 2241에 준거하여, 9A호 시험편을 이용하여 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
비커스 경도 시험은, JIS Z 2244에 준거하여 행했다. 비커스 경도의 비(HvS/HvI)를 산출할 때에, 우선, 표층부의 비커스 경도(HvS)는, 강선의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서 45° 걸러 8개소의 각도에서, 또한, 각각의 표면으로부터의 깊이가 0.1D인 부위에 있어서, 시험력 0.98N으로 측정했다. 그리고, 얻어진 8개소의 측정값을 평균함으로써, HvS를 구했다. 또, 내영역의 비커스 경도(HvI)는, HvS를 측정한 8개소의 각도에서, 또한, 각각의 표면으로부터의 깊이가 0.25D인 부위 및 0.5D인 부위(중심부)의 합계 9개소에 있어서, 시험력 0.98N으로 측정했다. 그리고, 얻어진 9개소의 측정값을 평균함으로써, HvI를 구했다. 산출한 비커스 경도의 비(HvS/HvI)를 표 3에 나타낸다.
최표층 영역에 있어서의 평균 탄소 농도는, 강선의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서 45° 걸러 8개소의 각도에서, 또한, 각각의 표면으로부터 10㎛까지의 영역을, 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA)를 이용하여 선분석을 행하고, 농도 분포를 평균하여 구했다.
최표층 영역보다 내측, 즉 강선의 표면으로부터 10㎛의 부위보다 내측의 영역에 있어서의 금속 조직의 면적율은, 강선의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 펄라이트 조직의 면적율이 최소의 위치를 기점으로 45° 걸러 8개소의 각도에서, 또한, 각각의 표면으로부터의 깊이가 0.1D인 부위, 0.25D인 부위 및 0.5D인 부위(중심부)의 합계 17개소를 중심으로 하는 125㎛×95㎛의 범위를, 주사형 전자현미경(SEM)을 이용하여, 1000배의 배율로 사진 촬영하고, 화상 해석에 의해 면적값을 측정했다. 그 후, 얻어진 17개소의 측정값을 평균함으로써, 최표층 영역보다 내측의 영역에 있어서의 금속 조직의 면적율을 구했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
내지연 파괴 특성은, FIP 시험에 의해 평가했다. 구체적으로는, 시험 번호 1~28의 고강도 PC 강선을, 50℃의 20% NH4SCN 용액 중에 침지하여, 파단 하중 0.8배의 하중을 부하하고, 파단 시간을 평가했다. 또한, 비액량은 12cc/㎠로 했다. FIP 시험은, 각 고강도 PC 강선당 12개씩 평가하고, 그 평균값을 지연 파괴 파단 시간으로 하여, 표 3에 나타낸다. 내지연 파괴 특성은 고강도 PC 강선의 인장강도에 의존한다. 그 때문에, 시험 번호 1~24에 있어서는, 시험 번호 1~12와, 동일한 강종을 이용한 시험 번호 13~24를 각각 비교하고, 한쪽의 지연 파괴 파단 시간에 대해서 2배 이상의 지연 파괴 파단 시간이며, 또한, 지연 파괴 파단 시간이 4시간 이상이 되는 것을, 내지연 파괴 특성이 「양호」라고 판정했다. 상기 조건에 해당하지 않는 것은, 내지연 파괴 특성이 「불량」이라고 판정했다. 또, 시험 번호 25~28에 있어서는, 지연 파괴 파단 시간이 4시간 미만이므로, 내지연 파괴 특성이 「불량」이라고 판정했다.
결과를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
Figure pct00003
본 발명에서 규정하는 요건을 모두 만족하는 시험 번호 1~12의 고강도 PC 강선은, 본 발명에서 규정되는 범위를 벗어나는 시험 번호 13~24의 고강도 PC 강선과 비교하여 지연 파괴 파단 시간이 현저하게 길고, 내지연 파괴 특성이 양호하다.
시험 번호 27의 고강도 PC 강선은, Si 함유량이 본 발명에서 규정되는 범위를 밑도는 강종 m으로 제조되므로, 비교예의 강선이다. Si 함유량이 본 발명에서 규정되는 범위를 밑도는 경우, 고강도 PC 강선의 인장강도가 본 발명에서 규정되는 범위를 밑돌고, 또한, 최표층 영역에 있어서의 평균 탄소 농도가, 본 발명에서 규정되는 범위를 벗어난다. 그 때문에, 시험 번호 27의 고강도 PC 강선은, 내지연 파괴 특성이 불량이다.
또, 시험 번호 13~24의 고강도 PC 강선은, 최표층 영역에 있어서의 평균 탄소 농도가, 본 발명에서 규정되는 범위를 벗어나므로, 비교예의 강선이다. 그 때문에, 시험 번호 13~24의 고강도 PC 강선은, 내지연 파괴 특성이 불량이다.
시험 번호 25 및 26의 고강도 PC 강선은, 인장강도가 본 발명에서 규정되는 범위를 초과하므로, 비교예의 강선이다. 그 때문에, 시험 번호 25 및 26의 고강도 PC 강선은, 내지연 파괴 특성이 불량이다.
시험 번호 28의 고강도 PC 강선은, 표층부의 비커스 경도(HvS)와 내영역의 비커스 경도(HvI)의 비(HvS/HvI)가 상기 (i)식을 만족하지 않으므로, 비교예의 강선이다. 그 때문에, 시험 번호 28의 고강도 PC 강선은, 내지연 파괴 특성이 불량이다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 의하면, 제조 방법이 용이하고, 또한, 내지연 파괴 특성이 뛰어난 고강도 PC 강선을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 고강도 PC 강선은, 프리스트레스트 콘크리트 등에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 강선의 화학 조성이, 질량%로,
    C:0.90~1.10%,
    Si:0.80~1.50%,
    Mn:0.30~0.70%,
    P:0.030% 이하,
    S:0.030% 이하,
    Al:0.010~0.070%,
    N:0.0010~0.010%,
    Cr:0~0.50%,
    V:0~0.10%,
    B:0~0.005%,
    Ni:0~1.0%,
    Cu:0~0.50%, 및,
    잔부:Fe 및 불순물이며,
    상기 강선의 선 직경을 D로 했을 때, 상기 강선의 표면으로부터 0.1D의 부위의 비커스 경도와, 상기 강선의 표면으로부터 0.1D의 부위보다 내측의 영역의 비커스 경도의 비가 하기 (i)식을 만족하고,
    상기 강선의 표면으로부터 10㎛까지의 영역에 있어서의 평균 탄소 농도가, 상기 강선의 탄소 농도의 0.8배 이하이며,
    상기 강선의 표면으로부터 10㎛의 부위보다 내측의 영역에 있어서의 금속 조직이, 면적%로,
    펄라이트 조직:95% 이상이며, 또한,
    인장강도가 2000~2400㎫인, 고강도 PC 강선.
    1.10＜HvS/HvI≤1.15···(i)
    단, 상기 (i)식 중의 각 기호의 의미는, 이하와 같다.
    HvS:강선의 표면으로부터 0.1D의 부위의 비커스 경도
    HvI:강선의 표면으로부터 0.1D의 부위보다 내측의 영역의 비커스 경도
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량%로,
    Cr:0.05~0.50%,
    V:0.01~0.10%, 및,
    B:0.0001~0.005%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 고강도 PC 강선.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량%로,
    Ni:0.1~1.0%, 및,
    Cu:0.05~0.50%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 고강도 PC 강선.
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