KR20190081861A - 철근 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원의 일 구현예에 따르는 철근은 탄소(C) 0.06 중량% 내지 0.11 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 미만, 인(P) 0 초과 0.01 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.50 내지 1.00 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.027 내지 0.125 중량%, 크롬(Cr) 0 초과 0.25 중량% 이하, 구리(Cu) 0 초과 0.28 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01 중량% 이하, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다. 이때, 철근은 표층부와 상기 표층부를 제외한 중심부를 구비하되, 상기 표층부에서 실질적으로 템퍼드 마르텐사이트로 이루어지는 경화층을 구비하며, 상기 중심부에서 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 가진다.

Description

철근 및 이의 제조 방법{STEEL REINFORCEMENT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 철근 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극저온 환경에 적용되는 철근 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
탄소 강재는 인간활동의 공간 확보를 위한 구조물에 적용되고 있다. 일 예로서, 상기 탄소 강재는 구조물용 강재로서, 초고층 빌딩, 장대 교량, 거대 해양 구조물, 지하 구조물, 저장고 등 다양한 분야에 널리 적용되고 있다. 상기 구조물용 강재의 일 예로서, 철근이 적용되고 있다.
한편, 최근 채굴 기술의 발전으로 인해 에너지원으로서의 천연가스에 대한 관심이 증가하고 있다. 채굴된 천연가스는 -170℃ 이하의 온도에서 액화되어, 액화천연가스(LNG)의 형태로 저장고에 저장될 수 있다. 상기 액화천연가스를 저장하는 저장고로서, 철근과 콘크리트의 혼합물 형태의 구조물이 적용되고 있으며, 상기 구조물은 액화천연가스의 누출을 억제하기 위해 극저온 특성이 요청되고 있다. 본 발명과 관련된 배경기술로는 미국등록특허 제8757422호가 있다.
본 발명은 극저온 환경에서의 인성과 연성을 보증할 수 있는 철근 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르는 철근은 탄소(C) 0.06 중량% 내지 0.11 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 미만, 인(P) 0 초과 0.01 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.50 내지 1.00 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.027 내지 0.125 중량%, 크롬(Cr) 0 초과 0.25 중량% 이하, 구리(Cu) 0 초과 0.28 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01 중량% 이하, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다. 철근은 표층부와 상기 표층부를 제외한 중심부를 구비한다. 이때, 상기 철근은 상기 표층부에서 실질적으로 템퍼드 마르텐사이트로 이루어지는 경화층을 구비하며, 상기 중심부에서 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 가진다.
일 실시 예에 있어서, 상기 철근은 중심부에서 면적분율로 35 내지 45%의 베이나이트, 45 내지 55%의 침상페라이트 및 5 내지 15%의 펄라이트를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 철근은 상온에서 항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상 및 연신율 10% 이상을 만족할 수 있으며, -170 ℃에서 언노치 시편에서의 균일 연신율 3% 이상, -170℃ 에서 노치 민감율(Notch Sensitive Ratio)이 1.0 이상일 수 있다. 이때, 상기 노치 민감율은 (노치 시편의 인장강도) / (언노치 시편의 항복강도)의 비일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경화층의 깊이는 상기 철근의 표면으로부터, 상기 철근의 반지름 대비 0.31 내지 0.55의 비를 가질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 중심부의 페라이트는 9 내지 11㎛의 결정립 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르는 철근의 제조 방법은, 탄소(C) 0.06 중량% 내지 0.11 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 미만, 인(P) 0 초과 0.01 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.50 내지 1.00 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.027 내지 0.125 중량%, 크롬(Cr) 0 초과 0.25 중량% 이하, 구리(Cu) 0 초과 0.28 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01 중량% 이하, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 주편을 1030℃ 내지 1250℃에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 주편을 920℃ 내지 1030℃의 마무리 압연 온도로 열간압연하여 철근을 형성하는 단계; 및 상기 열간압연된 철근을 템프코어를 거쳐 상기 철근의 표면 온도를 마르텐사이트 변태시작온도(Ms 온도) 이하로 냉각하는 단계를 포함한다. 상기 템프코어 공정은 상기 철근을 520℃ 내지 600℃에서 복열하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 마무리 압연 온도는 하기의 식의 조건에 따를 수 있다.
식: 마무리 압연 온도(℃) < (850 + 0.80*Ae1 / 12.0*[C] + 5.8*[Mn] + 35.0*[Ni])- Ae3
(이때, Ae1 및 Ae3는 각각 온도(℃) 단위를 가지며, [C]는 주편 내 탄소의 함량이며 단위는 중량% 이며, [Mn]은 주편 내 망간의 함량이며 단위는 중량% 이며, [Ni]은 주편 내 니켈의 함량이며 단위는 중량%이며, 계수 0.8은 무계수이며, 계수 12.0, 및 5.8은 1/중량%의 단위를 가지며, 상수 850은 온도(℃) 단위를 가짐.)
일 실시 예에 있어서, 상기 제조된 철근은 표면부에서 템퍼드 마르텐사이트를 포함하며, 중심부에서 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 철근은 표층부와 상기 표층부를 제외한 중심부를 구비한다. 상기 철근은 상기 표층부에서 실질적으로 템퍼드 마르텐사이트로 이루어지는 경화층을 구비하며, 상기 중심부에서, 면적분율로, 35 내지 45%의 베이나이트, 45 내지 55%의 침상 페라이트, 5 내지 15%의 펄라이트를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제조된 철근은 상온에서 항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상 및 연신율 10% 이상을 만족하며,
-170 ℃에서 언노치 시편에서의 균일 연신율 3% 이상, -170℃ 에서 노치 민감율(Notch Sensitive Ratio)이 1.0 이상일 수 있다. 이때, 상기 노치 민감율은 (노치 시편의 인장강도) / (언노치 시편의 항복강도)의 비이다.
본 발명에 따르면, 최적화된 합금 성분 및 공정 제어를 통해 극저온에서의 인성과 연성을 보증할 수 있는 철근 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 철근의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 철근의 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 철근의 미세조직을 나타내는 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하 설명하는 본 발명의 실시 예는 적절한 성분 설계 및 공정 제어를 통해, 극저온에서의 인성과 연성을 보증하는 극저온용 철근을 제공한다. 본 발명의 실시예에서는 극저온 인성 및 연성의 향상을 위해, 철근 내 탄소, 니켈, 망간과 같은 상기 합금조성을 제어할 수 있다. 이러한 합금 조성은 베이나이트와 같은 저온상 획득에 유리할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 균열 전파를 방지할 수 있는 철근의 미세조직을 가지도록 성분 및 공정이 제어될 수 있다.
철근
본 발명의 일 구현예는 탄소(C) 0.06 중량% 내지 0.11 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 미만, 인(P) 0 초과 0.01 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.50 내지 1.00 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.027 내지 0.125 중량%, 크롬(Cr) 0 초과 0.25 중량% 이하, 구리(Cu) 0 초과 0.28 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01 중량% 이하, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 철근을 제공한다.
상기 철근은 표층부와 상기 표층부를 제외한 중심부를 가질 수 있다. 상기 표층부에는 실질적으로 템퍼트 마르텐사이트로 이루어지는 경화층이 배치될 수 있다. 일 예로서, 상기 표층부는 상기 경화층으로 이루어질 수 있다. 상기 중심부는 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직으로 이루어질 수 있다.
상기 경화층은 상기 철근의 표면으로부터 상기 철근의 반지름 길이의 0.31 내지 0.55에 대응하는 깊이를 가질 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 철근의 길이 방향에 수직인 방향으로 단면을 생성할 때, 상기 단면 전체의 대해 상기 표층부는 35 내지 50%의 면적 분율을 가질 수 있다. 상기 표층부는 실질적으로 템퍼드 마르텐사이트로 이루어질 수 있다. 다르게는 상기 표층부의 상기 면적 분율 중에서 약 10% 미만으로 베이나이트를 포함할 수 있다.
한편, 상기 철근의 단면에서 표층부를 제외한 나머지 영역을 중심부로 지칭할 수 있다. 일 예로서, 상기 철근의 길이 방향에 수직인 방향으로 단면을 생성할 때, 상기 단면 전체에 대해 상기 중심부는 50 내지 65%의 면적 분율을 가질 수 있다. 또한, 상기 철근은 상기 중심부에서 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 가질 수 있다. 상기 중심부의 상기 페라이트는 침상 페라이트일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 철근은 상기 중심부의 전체 면적 대비, 35 내지 45%의 베이나이트, 45 내지 55%의 침상 페라이트, 및 5 내지 15%의 펄라이트를 포함할 수 있다. 이때, 상기 침상 페라이트는 9 내지 11 ㎛의 결정립 크기를 가질 수 있다.
상기 철근은 상온에서 항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상 및 연신율 10% 이상을 만족할 수 있다. 또한, 상기 철근은 -170 ℃에서 언노치 시편에서의 균일 연신율 3% 이상, -170℃ 에서 노치 민감율(Notch Sensitive Ratio)이 1.0 이상을 가질 수 있다. 이때, 상기 노치 민감율은 (노치 시편의 인장강도) / (언노치 시편의 항복강도)의 비일 수 있다.
상기 -170 ℃ 에서의 상기 균일 연신율 및 상기 노치 민감율은 유럽 표준(EN14620-3)의 규격을 따른 시편을 준비하고, 상기 시편에 대한 인장 시험을 실시한 결과이다. 상기 인장 시험을 위한 시편으로서, 언노치 시편과 노치 시편을 준비한다. 유럽 표준(EN14620-3)의 기준에 따른 상기 노치 시편은 내부 각이 45°인 브이-노치(V-notch)을 가질 수 있으며, 상기 브이-노치는 베이스에서의 반경이 0.25 mm 일 수 있다. 상기 브이-노치는 인장 시험기의 그립부 사이에서 시편의 1/2 길이의 위치에 형성될 수 있다.
상기 균일 연신율은 상기 언노치 시편을 이용하여 인장 시험을 실시할 때, 상기 시편에 대해 네킹이 발생할 때까지의 연신율을 의미할 수 있다. 또한, -170℃ 에서 노치 시편과 언노치 시편에 대해 인장 시험을 각각 실시한 후에, 상기 노치 민감율은 상기 노치 시편의 인장강도와 상기 언노치 시편의 항복 강도의 비로부터 산출할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 철근에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
본 발명에서 탄소(C)는 강의 강도를 및 경도를 확보하기 위해 첨가된다. 통상적으로, 탄소(C)는 오스테나이트에 고용되어 담금질(quenching)시 마르텐사이트 조직을 형성시킨다. 또한, 통상적으로, 탄소량 증가에 따라 담금질 경도가 향상되나, 급속 냉각에 따른 변형이 발생하거나 강재 연신율 및 저온 인성이 저하될 수 있다.
상기 탄소(C)는 전체 철근 중량의 0.06 중량% 내지 0.11 중량%의 함량으로 첨가된다. 탄소의 함량이 0.06 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도 확보가 어렵다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.11 중량%를 초과할 경우에는 강의 강도는 증가하나 충분한 연신율 및 저온 인성을 확보하기 어려울 수 있다.
실리콘(Si)
본 발명에서 실리콘(Si)은 제강 공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한, 실리콘(Si)은 고용강화 효과를 갖는 페라이트 안정화 원소로서 페라이트 형성을 유도하여 강의 인성 및 연성을 개선하는데 효과적이다.
상기 실리콘(Si)은 전체 철근 중량의 0 초과 0.25 중량% 이하의 함량으로 첨가된다. 한편, 실리콘(Si)의 함량이 0.25 중량%를 초과할 경우에는 강 표면에 산화물을 형성하여 강의 연성을 저하시키는 문제점이 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소이다. 상기 망간은 전체 철근 중량의 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 미만으로 첨가된다. 망간의 함량이 0.8 중량% 미만인 경우, 강도 확보에 어려움이 있을 수 있다. 반면에, 망간의 함량이 2.0 중량% 이상인 경우, 강도는 증가하나 MnS계 비금속개재물의 양이 증가한데 기인하여 용접시 크랙 발생 등의 결함을 유발할 수 있다. 또한, 망간은 오스테나이트 안정화 원소로서, 상기 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 미만으로 첨가될 때, 침상 페라이트 및 베이나이트 형성에 유리할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르는 극저온 인성에 유리한 미세조직을 형성할 수 있다.
인(P)
인(P)은 강도 향상에 일부 기여하는 원소이나, 과도하게 포함될 경우 강의 연성을 악화시키고, 빌렛 중심 편석에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 된다. P은 강중에 균일하게 분포되어 있으면 별 문제가 되지 않지만 보통 Fe3P의 해로운 화합물을 형성한다. 이 Fe3P는 극히 취약하고 편석되어 있어서 풀림처리를 해도 균질화되지 않고 단조, 압연 등 가공시 길게 늘어난다.
상기 인(P)은 전체 철근 중량의 0 초과 0.01 중량%의 함량으로 제한된다. 인(P)의 함량이 0.01 중량%를 초과할 경우에는 중심 편석 및 미세 편석을 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 주며, 또한 연성 및 조관성을 악화시킬 수 있다.
황(S)
황(S)은 가공성 향상에 일부 기여하는 원소이나, 과도하게 포함될 경우 강의 인성 및 연성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시킨다. 황은 강 중에 망간의 양이 충분하지 못할 경우 철과 결합하여 FeS를 형성할 수 있다. 상기 FeS는 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간 및 냉간가공시에 균영르 발생시킬 수 있다.
상기 황(S)은 전체 철근 중량의 0 초과 0.01 중량%의 함량으로 제한된다. 황(S)의 함량이 0.01 중량%를 초과하는 경우에는 연성을 크게 저해하고 MnS 비금속 개재물을 과도하게 발생시키는 문제가 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 탈산제로 기능할 수 있다. 알루미늄(Al)은 전체 철근 중량의 0.01 내지 0.03 중량%로 첨가될 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.01 중량% 미만으로 첨가되는 경우, 상기 효과를 충분히 발휘하기 힘들다. 반면에, 알루미늄의 함량이 0.03 중량%을 초과하여 첨가되는 경우 첨가된 경우, 알루미늄산화물(Al2O3)과 같은 비금속개재물량을 증가시킬 수 있다.
니켈( Ni )
니켈(Ni)은 재료의 강도를 증가시키고, 저온 충격치를 확보할 수 있도록 한다. 상기 니켈은 전체 철근 중량의 0.50 내지 1.00 중량%로 첨가된다. 다만, 니켈의 함량이 0.50 중량% 미만으로 첨가되는 경우, 상술한 목적을 달성하기 힘들다. 반면에, 니켈의 함량이 1.00 중량%를 초과할 경우에는 상온 강도가 과다하게 높아져 용접성 및 인성이 열화될 수 있다.
몰리브덴( Mo )
몰리브덴(Mo)은 강의 강도, 인성 및 경화능을 향상시킨다. 상기 몰리브덴은 전체 철근 중량의 0.027 내지 0.125 중량%로 첨가된다. 몰리브덴의 함량이 0.027 중량% 미만으로 첨가된 경우, 상술한 효과를 발휘하기 어렵다. 반면에, 몰리브덴의 함량이 0.125 중량%를 초과하여 첨가된 경우, 용접성을 저하시키는 단점이 있다.
크롬( Cr )
크롬(Cr)은 강의 경화능을 향상시켜 담금질성을 개선시킬 수 있다. 또한, 크롬은 탄소의 확산을 지연하여 입도 미세화를 이룰 수 있다.
상기 크롬은 전체 철근 중량의 0 초과 0.25 중량%로 첨가된다. 크롬의 함량이 0.25 중량%를 초과하여 첨가된 경우, 용접성이나 열영향부 인성을 저하시킬 수 있는 단점이 있다.
구리(Cu)
구리(Cu)는 강의 경화능 및 저온 충격인성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 대기나 해수 중에서 강의 내식성을 증가시킬 수 있다. 구리(Cu)는 전체 중량의 0 초과 0.28 중량% 이하의 함량으로 제한된다. 구리의 함량이 0.28 중량%를 초과하여 첨가된 경우, 열간가공성을 저하시키며 적열취성을 유발할 수 있다.
질소(N)
질소(N)는 항복강도, 및 인장강도를 증가시킬 수 있다. 질소는 오스테나이트 결정립을 미세하게 하여 미세 결정립의 강을 제조할 수 있도록 한다. 그러나, 0.01%를 초과하여 다량 첨가시 질소량이 증가하여 강의 연신율 및 성형성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 전체 철근 중량의 0 초과 0.01 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.
전술한 합금조성의 성분들 외에 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불순물로 이루어진다.
철근 제조 방법
이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 철근을 제조하는 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 철근의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 철근의 제조 방법은 주편의 재가열 단계(S100), 열간압연 단계(S200), 및 냉각 단계(S300)를 포함한다. 이때, 재가열 단계(S100)는 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위해서 실시될 수 있다. 이때, 상기 주편은, 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다. 상기 주편은, 일 예로서, 블룸 또는 필렛의 형태를 가질 수 있다. 상기 주편은, 탄소(C) 0.06 중량% 내지 0.11 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 미만, 인(P) 0 초과 0.01 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.50 내지 1.00 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.027 내지 0.125 중량%, 크롬(Cr) 0 초과 0.25 중량% 이하, 구리(Cu) 0 초과 0.28 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01 중량% 이하, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
재가열 단계
주편의 재가열 단계에서는 상기의 조성을 갖는 주편을 1030℃ 내지 1250℃의 온도범위에서 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 주편은 재가열 단계(S100) 이전에 실시되는 연속주조과정에 의하여 제조된 블룸 또는 빌렛 일 수 있다.
주편의 재가열 온도가 1030℃ 미만일 경우에는 가열온도가 충분하지 않아 상기 편석 성분 및 석출물의 재고용이 충분하게 일어나지 않을 수 있다. 또한, 압연 부하가 커지는 문제가 있다. 반대로, 재가열 온도가 1250℃를 초과할 경우, 오스테나이트 결정립이 조대화되거나 또는 탈탄 현상이 발생하여 강도를 저해할 수 있다.
열간 압연
열간 압연 단계(S200)에서는 상기 재가열된 주편을 920℃ 내지 1030℃의 마무리 압연 온도로 열간압연하여 철근을 제조한다. 상기 마무리 압연 온도는 오스테나이트 미재결정 온도인 Ar3 및 Ac3 변태점 이상의 온도일 수 있다.
상기 마무리 압연 온도가 1030℃를 초과할 경우, 조대한 펄라이트 형성에 의해 강도 확보가 어려워질 수 있다. 반대로, 마무리 압연 온도가 920℃ 미만으로 실시될 경우에는 압연 부하를 유발하여 생산성을 저하시키고 열처리 효과를 저감시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 마무리 압연 온도는 하기의 식 1의 조건에 따라 설정될 수 있다.
식 1 : 마무리 압연 온도(℃) < (850 + 0.80*Ae1 / 12.0*[C] + 5.8*[Mn] + 35.0*[Ni])- Ae3
(이때, Ae1 및 Ae3는 각각 온도(℃) 단위를 가지며, [C]는 주편 내 탄소의 함량이며 단위는 중량% 이며, [Mn]은 주편 내 망간의 함량이며 단위는 중량% 이며, [Ni]은 주편 내 니켈의 함량이며 단위는 중량%이며, 계수 0.80은 무단위이며, 계수 12.0, 및 5.8은 1/중량%의 단위를 가지며, 상수 850은 온도(℃) 단위를 가짐.)
식 1에서 Ae1은 평형(equilibrium) 상태에서의 강의 상변태와 관련된 공지의 임계온도 A1을 의미하며, Ae3는 평형(equilibrium) 상태에서의 강의 상변화와 관련된 공지의 임계온도 A3를 의미한다.
냉각
냉각 단계(S300)에서는 충분한 강도를 확보하기 위해, 상기 열간압연된 철근을 템프코어 공정을 거쳐 철근의 표면 온도를 마르텐사이트 변태시작온도(Ms 온도) 이하로 냉각한다. 상기 템프코어 공정 과정에서, 상기 냉각된 강재에서는 520℃ 내지 600℃ 온도에서 복열하는 과정이 진행될 수 있다. 상기 철근의 복열 후에, 상기 철근은 공랭될 수 있다.
상기 복열 온도는 상기 열간압연된 철근이 템프코어 공정 중에 냉각수를 담은 수조를 통과하는 속도에 대응할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 철근의 선속은 7 내지 11 meter/sec의 범위를 가질 수 있다. 상기 선속이 7 meter/sec 미만인 경우 과도한 냉각이 이루어져 상기 복열 온도가 520℃ 보다 낮아질 수 있다. 상기 선속이 11 meter/sec를 초과할 경우, 냉각이 불충분하게 이루어져서 상기 복열 온도가 600℃ 보다 높아질 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르는 복열 온도를 확보하지 못하는 경우, 본 발명의 실시예에 따르는 경화층 깊이 범위를 확보할 수 없다.
상술한 공정을 통해 제조된 철근은 표층부와 상기 표층부를 제외한 중심부를 가질 수 있다. 상기 표층부에는 실질적으로 템퍼트 마르텐사이트로 이루어지는 경화층이 배치될 수 있다. 일 예로서, 상기 표층부는 상기 경화층으로 이루어질 수 있다. 상기 중심부는 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직으로 이루어질 수 있다.
상기 경화층은 상기 철근의 표면으로부터 상기 철근의 반지름 길이의 0.31 내지 0.55에 대응하는 깊이를 가질 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 철근의 길이 방향에 수직인 방향으로 단면을 생성할 때, 상기 단면 전체에 대해 상기 표층부는 35 내지 50%의 면적 분율을 가질 수 있다. 상기 표층부는 실질적으로 템퍼드 마르텐사이트로 이루어질 수 있다. 다르게는 상기 표층부의 상기 면적 분율 중에서 약 10% 미만으로 베이나이트를 포함할 수 있다.
한편, 상기 철근의 단면에서 표층부를 제외한 나머지 영역을 중심부로 지칭할 수 있다. 일 예로서, 상기 철근의 길이 방향에 수직인 방향으로 단면을 생성할 때, 상기 단면 전체에 대해 상기 중심부는 50 내지 65%의 면적 분율을 가질 수 있다. 또한, 철근은 상기 중심부에서 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 가질 수 있다. 상기 중심부의 상기 페라이트는 침상 페라이트일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 철근은 상기 중심부의 전체 면적 대비 35 내지 45%의 베이나이트, 45 내지 55%의 침상 페라이트, 및 5 내지 15%의 펄라이트를 포함할 수 있다. 이때, 상기 침상 페라이트는 9 내지 11 ㎛의 결정립 크기를 가질 수 있다.
제조된 철근은 상온에서 항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상 및 연신율 10% 이상을 만족할 수 있다. 또한, 상기 철근은 -170 ℃에서 언노치 시편에서의 균일 연신율 3% 이상, -170℃ 에서 노치 민감율(Notch Sensitive Ratio)이 1.0 이상일 수 있다. 이때, 상기 노치 민감율은 (노치 시편의 인장강도) / (언노치 시편의 항복강도)의 비일 수 있다.
상기 -170 ℃ 에서의 균일 연신율 및 노치 민감율은 유럽 표준(EN14620-3)의 규격을 따른 시편을 준비하고, 상기 시편에 대한 인장 시험을 실시한 결과이다. 상기 인장 시험을 위한 시편으로서, 언노치 시편과 노치 시편을 준비한다. 유럽 표준(EN14620-3)의 기준에 따른 상기 노치 시편은 내부 각이 45°인 브이-노치(V-notch)을 가질 수 있으며, 상기 브이-노치는 베이스에서의 반경이 0.25 mm 일 수 있다. 상기 브이-노치는 인장 시험기의 그립부 사이에서 시편의 1/2 길이의 위치에 형성될 수 있다.
상기 균일 연신율은 상기 언노치 시편을 이용하여 인장 시험을 실시할 때, 상기 시편에 대해 네킹이 발생할 때까지의 연신율을 의미할 수 있다. 또한, -170℃ 에서 노치 시편과 언노치 시편에 대해 인장 시험을 각각 실시하고, 상기 노치 민감율은 노치 시편의 인장강도와 언노치 시편의 항복 강의 비로부터 산출할 수 있다.
한편, 상온에서의 항복 강도는 하기 식 2와 같은 파라미터를 가지도록 설계될 수 있다.
식 2 : 항복 강도 (MPa) = (78*[HLVF] + 1000/[FGD] + 25.3*[Mn] + 32.9*[Ni]) / (0.0309*[FDT] + 1.2*[MV])
(이때, [Mn]은 주편 내 망간의 함량이며 단위는 중량% 이며, [Ni]은 주편 내 니켈의 함량이며 단위는 중량%이며, [HLVF]는 철근의 길이 방향에 수직인 방향의 단면에서, 전체 단면 면적에 대한 경화층 면적 분율이며 %의 단위를 가지며, [FGD]는 철근의 중심부에서의 페라이트의 결정립 크기를 의미하며 ㎛의 단위를 가지며, [FDT]는 열간 압연 마무리 압연 온도이며 ℃ 단위를 가지며, [MV]는 열간압연된 철근이 템프코어 공정 중 냉각 수조를 통과하는 선속이며 meter/sec의 단위를 가지며, 계수 78은 MPa/%의 단위를 가지며, 계수 1000은 MPa/㎛의 단위를 가지며, 계수 25.3 및 32.9는 MPa/중량%의 단위를 가지며, 계수 0.0309는 1/℃ 단위를 가지며, 계수 1.2는 sec/meter의 단위를 가짐)
상기 식 2에서, 상기 철근의 상기 경화층 면적 분율은 전체 단면 면적 대비 35 내지 50% 의 범위를 가질 수 있다. 또한, 상기 식2에서, 상기 선속은 7 내지 11 meter/sec의 범위를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르는 재가열, 열간 압연 및 냉각 공정을 거침으로써, 극저온에서의 인성과 연성을 보증하는 극저온용 철근을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1
1. 시편의 제조
하기 표 1에 표시된 합금조성 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 빌렛을 각각 준비하였다. 상기 빌렛을 표 2의 공정 조건으로 재가열, 열간압연 및 복열하여 비교예 1 내지 6, 실시예 1 내지 3의 시편으로 제조하였다.
화학성분(wt%)
C Si Mn P S Al Cu Cr Ni Mo N
비교예1 0.27 0.12 1.00 0.026 0.024 0.015 0.23 0.11 0.02 0.02 0.01
비교예2 0.13 0.12 1.55 0.01 0.01 0.015 0.24 0.12 0.60 0.04 0.01
비교예3 0.035 0.12 1.58 0.01 0.01 0.015 0.24 0.11 0.63 0.06 0.01
비교예4 0.07 0.12 1.55 0.01 0.01 0.015 0.23 0.11 0.3 0.05 0.01
비교예5 0.07 0.12 0.75 0.01 0.01 0.015 0.23 0.10 0.60 0.05 0.01
실시예1 0.07 0.06 1.83 0.01 0.01 0.015 0.24 0.08 0.59 0.12 0.01
실시예2 0.07 0.06 1.55 0.01 0.01 0.015 0.24 0.08 0.60 0.04 0.01
실시예3 0.08 0.06 1.58 0.01 0.01 0.015 0.24 0.08 0.62 0.03 0.01
재가열온도(℃) 마무리압연온도(℃) 복열온도(℃)
비교예1 1100


 1020






 585
비교예2
비교예3
비교예4
비교예5
실시예1
실시예2
실시예3
비교예 1 및 3의 경우, 탄소 함량이 본 발명의 철근의 함량 범위의 하한치보다 낮다. 비교예 2의 경우, 탄소 함량이 본 발명의 철근의 함량 범위의 상한치보다 높다. 비교예 4의 경우, 니켈의 함량이 본 발명의 철근의 함량 범위의 상한치보다 높다. 비교예 5의 경우, 망간의 함량이 본 발명의 철근의 함량 범위의 하한치보다 낮다.
2. 물성평가
표 1 및 표 2의 조건에 따라 제조된 비교예 1 내지 5, 실시예 1 내지 3의 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과를 표 3에 나타내고 있다. 물성평가는 상온 특성과 -170℃에서의 극저온 특성으로 나누어 평가하였다. 상기 극저온 특성은 유럽 표준(EN14620-3)의 규격을 따른 시편을 별도로 준비하고, 상기 시편에 대한 인장 시험을 실시한 결과이다. 상기 극저온 특성 평가를 위한 인장 시편으로서, 언노치 시편과 노치 시편을 준비한다. 유럽 표준(EN14620-3)의 기준에 따른 상기 노치 시편은 내부 각이 45°인 브이-노치(V-notch)을 가질 수 있으며, 상기 브이-노치는 베이스에서의 반경이 0.25 mm 일 수 있다. 상기 브이-노치는 인장 시험기의 그립부 사이에서 시편의 1/2 길이의 위치에 형성될 수 있다.
또한, 표 3에는 제조된 철근의 중심부 미세 조직을 관찰하고 이를 나타내었다.
상온 특성 극저온 특성 (-170℃) 중심부 미세조직
YS
(MPa)		 TS (MPa) TS/YS EL (%) YS_un
(MPa)		 UE_un
(%)		 TS_n
(MPa)		 NSR
비교예1 575 690 1.20 12.5 822 4.1 756 0.92 P+F
비교예2 542 623 1.15 13.6 813 6.2 846 0.96 F+B+P
비교예3 466 513 1.10 15.3 717 10.1 739 1.03 F+P
비교예4 481 504 1.05 12.5 739 8.5 717 0.97 F+B+P
비교예5 457 512 1.12 13.6 742 9.3 705 0.95 F+P
실시예1 553 674 1.22 13.4 810 9.0 911 1.12 F+B+P
실시예2 561 671 1.20 15.9 815 9.0 902 1.11 F+P+P
실시예3 570 676 1.19 16.9 836 10.2 920 1.10 F+B+P
표 3에서, P는 펄라이트의 표기이며, F는 페라이트의 표기이며, B는 베이나이트의 표기임.
본 출원에 개시되는 철근의 상온 특성의 목표치는 항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상, 연신율(EL) 10% 이상이다. 또한, 극저온 특성의 목표치는 -170 ℃에서 언노치 시편에서의 균일 연신율(UE_un) 3% 이상, -170℃ 에서 노치 민감율(Notch Sensitive Ratio, NSR) 1.0 이상이다. 이때, 상기 노치 민감율(NSR)은 (노치 시편의 인장강도(TS_n)) / (언노치 시편의 항복강도(YS_un))의 비일 수 있다.
극저온 특성 평가와 관련하여, 언노치 시편의 항복강도(YS_un)는 언노치 시편에 대해 -170℃ 에서 진행한 인장 시험의 항복 강도를 의미하고, 노치 시편의 인장강도(TS_n)은 노치 시편에 대해 -170℃ 에서 진행한 인장 시험의 인장 강도를 의미할 수 있다. 균일 연신율(UE_un)은 언노치 시편에 대해 -170℃ 에서 인장 시험을 진행할 때, 상기 언노치 시편에 네킹이 발생할 때까지의 연신율을 의미할 수 있다.
표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 3의 경우, 상기 시편들은 상온에서 항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상, 연신율 10% 이상의 목표치를 만족시킬수 있었다. 또한, 상기 실시예 1 내지 3의 시편들은 -170 ℃에서 언노치 시편에서의 균일 연신율 3% 이상, -170℃ 에서 노치 민감율(Notch Sensitive Ratio)이 1.0 이상을 가질 수 있다. 이때, 상기 노치 민감율은 (노치 시편의 인장강도) / (언노치 시편의 항복강도)의 비일 수 있다.
한편, 비교예 1 및 2의 경우, -170℃ 에서 노치 민감율(Notch Sensitive Ratio) 목표치 1.0 이상을 달성하지 못하였다. 즉, 비교예 1 및 2는, 탄소 함량이 실시예 대비 상대적으로 높게 첨가되는 경우로서, 펄라이트 분율 증대로 극저온 특성을 만족할 수 없는 것으로 판단된다.
비교예 3의 경우, 상온에서의 항복 강도 목표치인 500MPa 이상 및 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상을 달성하지 못하였다. 즉, 비교예 3은 탄소 함량이 실시예 대비 상대적으로 낮게 첨가되는 경우로서, 극저온 특성을 만족시킬 수 있으나, 탄소의 고용 강화 효과 발생이 미흡하고, 침상 페라이트와 베이나이트 형성이 부족하여 상온 강도를 달성하지 못한 것으로 판단된다.
비교예 4 및 5의 경우, 각각 니켈 및 망간의 함량이 실시예 대비 낮게 첨가되는 경우로서, 상온에서의 항복 강도 목표치인 500MPa 이상 및 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상, 및 -170℃ 에서 노치 민감율 목표치 1.0 이상을 달성하지 못하였다. 즉, 상온 특성과 극저온 특성을 모두 만족시키지 못하였다.
3. 미세조직 관찰
도 2는 본 발명의 일 비교예에 따르는 철근 중심부의 조직 사진이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 철근 중심부의 조직 사진이다. 도 2는 비교예 1 시편의 조직 사진이며, 도 3은 실시예 1 시편의 조직 사진이다.
도 2를 참조하면, 비교예 1 시편의 중심부의 경우 펄라이트와 페라이트의 복합조직이 관찰되었으며, 도 3을 참조하면, 실시예 1 시편의 중심부의 경우 베이나이트, 침상페라이트, 및 펄라이트의 복합조직이 관찰되었다. 즉, 철근 중심부의 경우, 실시예 1 시편이 저온상으로서 베이나이트를 포함함을 관찰하였다. 이를 통해 저온 인성 및 강도의 확보가 가능한 것으로 판단된다.
또한, 실시예 1 시편이 비교예 1 시편보다 결정립의 크기가 작음을 관찰하였다. 이와 같이, 실시예 1 시편은 비교예 1 시편보다 미세조직을 가짐으로써, 균열 전파 방지에 유리한 것으로 판단된다.
실시예 2
1. 시편의 제조
하기 표 4에 표시된 성분계 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 주편을 각각 준비하였다. 상기 주편을 표 5의 공정 조건으로 재가열, 열간압연 및 복열하여 최종 직경 13mm (D13) 및 25 mm (D25)의 철근 시편 비교예 6 내지 9, 실시예 4 내지 5을 제조하였다.
화학성분(wt%)
C Si Mn P S Al Mo Ni Cu Cr N
성분계 0.07 0.12 1.83 0.0090 0.0090 0.015 0.12 0.59 0.28 0.15 0.01


규격
(직경)		 조업 조건
재가열온도
(℃)도		 마무리압연온도(℃) 냉각수량(m3/hr) 수압
(Bar)		 선속
(meter/sec)		 복열온도
(℃)
비교예6 D13 1050 950 1005 5.4 6.8 500
실시예4 D13 1050 950 1005 5.4 10.5 570
비교예7 D13 1050 950 1005 5.4 12.5 640
비교예8 D25 1200 1000 1200 6.0 5.0 500
실시예5 D25 1200 1000 1200 6.0 7.5 595
비교예9 D25 1200 1000 1200 6.0 11.4 640
표 4 및 표 5를 참조하면, 비교예 6, 비교예 7 및 실시예 4는 13mm의 직경을 가지는 철근(D13) 시편이다. 비교예 6의 경우, 복열온도가 500℃ 이며, 본 출원의 실시예를 따르는 철근 제조시 복열온도 범위의 하한치보다 낮다. 비교예 7의 경우, 복열온도가 640℃ 이며, 본 출원의 실시예를 따르는 철근 제조시 복열온도 범위의 상한치보다 높다. 나머지 조업 조건은 비교예 6, 비교예 7 및 실시예4가 동일하다. 즉, 1050℃의 필렛 재가열 온도, 및 950℃의 마무리 압연 온도로 동일하게 진행하였으며, 냉각 과정에서 1005 m3/hr 의 냉각 수량 및 5.4 Bar의 수압을 동일하게 적용하였다.
비교예 8, 비교예 9 및 실시예 5는 25mm의 직경을 가지는 철근(D25) 시편이다. 비교예 8의 경우, 복열온도가 500℃ 이며, 본 출원의 실시예를 따르는 철근 제조시 복열온도 범위의 하한치보다 낮다. 비교예 9의 경우, 복열온도가 640℃ 이며, 본 출원의 실시예를 따르는 철근 제조시 복열온도 범위의 상한치보다 높다. 나머지 조업 조건은 비교예 8, 비교예 9 및 실시예 5가 동일하다. 즉, 1200℃의 필렛 재가열 온도, 및 1000℃의 마무리 압연 온도로 동일하게 진행하였으며, 냉각 과정에서 1200 m3/hr 의 냉각 수량 및 6.0 Bar의 수압을 동일하게 적용하였다.
2. 물성평가
표 4 및 표 5의 조건에 따라 제조된 비교예 6 내지 9, 실시예 4 및 5의 시편들에 대한 경화층 깊이 및 기계적 물성 평가 결과가 표 6에 나타나고 있다.
경화층 깊이는 제조된 비교예 6 내지 9, 실시예 4 및 5의 철근 시편들에 대해, 각 철근 시편의 표면으로부터 텀퍼드 마르텐사이트가 형성된 깊이를, 철근의 반지름과의 비율로 나타낸 것이다. 기계적 물성평가는 상온 특성과 -170℃에서의 극저온 특성으로 나누어 평가하였다. 상기 극저온 특성은 유럽 표준(EN14620-3)의 규격을 따른 시편을 별도로 준비하고, 상기 시편에 대한 인장 시험을 실시한 결과이다. 상기 극저온 특성 평가를 위한 인장 시편으로서, 언노치 시편과 노치 시편을 준비한다. 유럽 표준(EN14620-3)의 기준에 따른 상기 노치 시편은 내부 각이 45°인 브이-노치(V-notch)을 가질 수 있으며, 상기 브이-노치는 베이스에서의 반경이 0.25 mm 일 수 있다. 상기 브이-노치는 인장 시험기의 그립부 사이에서 시편의 1/2 길이의 위치에 형성될 수 있다.
비교예 6 내지 9, 실시예 4 및 5의 시편에 대해 상온 특성 평가를 실시하였으며, 실시예4 및 5의 시편에 대해 -170℃에서의 극저온 특성 평가를 실시하였다.

 경화층 깊이
(반지름비)		 상온 특성 극저온 특성 (-170℃)
YS (MPa) TS (MPa) TS/YS EL (%) YS_un
(MPa)		 UE_un
(%)		 TS_n
(MPa)		 NSR
비교예6 0.57 631 712 1.13 12.4 - - - -
실시예4 0.38 553 677 1.22 13.4 810 9.0 911 1.12
비교예7 0.24 490 588 1.2 14.2 - - - -
비교예8 0.65 644 728 1.13 14.1 - - - -
실시예5 0.47 570 676 1.19 16.9 836 10.2 920 1.10
비교예9 0.29 496 595 1.20 17.7 - - - -
표 6을 참조하면, 표 4에 개시된 동일한 합금 조성을 가지는 빌렛에 대해, 표 5에 개시된 바와 같이, 복열 온도를 달리하여 조업을 진행한 결과, 복열 온도에 따라 서로 다른 경화층 깊이를 나타냈다.
비교예 6, 7 및 실시예 4 시편을 검토하면, 복열 온도가 증가할수록, 경화층의 깊이가 작아지는 것을 확인할 수 있다. 마찬가지로, 비교예 8, 9 및 실시예 5 시편을 검토하면, 복열 온도가 증가할수록, 경화층의 깊이가 작아지는 것을 확인할 수 있다
이어서, 비교예 6, 7 및 실시예 4 시편의 상온 특성을 살펴보면, 복열 온도가 본 출원 제조 방법의 복열 온도의 하한치보다 낮은 비교예 6 시편의 경우, 상온에서 인장 강도(TS)/항복강도(YS)의 비의 목표치인 1.15 이상을 달성하지 못하였다. 복열 온도가 본 출원 제조 방법의 복열 온도의 상한치보다 높은 비교예 7 시편의 경우, 상온 항복 강도의 목표치인 500 MPa 이상을 달성하지 못하였다. 반면에, 실시예 4 시편의 경우, 상온 특성의 목표치를 모두 만족시켰다.
한편, 실시예 4 시편의 경우, -170 ℃에서의 극저온 특성 평가를 살펴보면, 언노치 시편의 항복강도(YS_un) 810 MPa, 균일 연신율(UE_un) 9.0%, 노치 시편의 인장강도(TS_n) 911 MPa, 노치 민감율(NSR) 1.12를 나타냈다. 이로서, 실시예 4 시편의 경우, -170 ℃에서의 극저온 특성의 목표치를 모두 만족시켰다.
비교예 8, 9 및 실시예 5 시편의 상온 특성을 살펴보면, 복열 온도가 본 출원 제조 방법의 복열 온도의 하한치보다 낮은 비교예 8 시편의 경우, 상온에서 인장 강도(TS)/항복강도(YS)의 비의 목표치인 1.15 이상을 달성하지 못하였다. 복열 온도가 본 출원 제조 방법의 복열 온도의 상한치보다 높은 비교예 9 시편의 경우, 상온 항복 강도의 목표치인 500 MPa 이상을 달성하지 못하였다. 반면에, 실시예 5 시편의 경우, 상온 특성의 목표치를 모두 만족시켰다.
한편, 실시예 5 시편의 경우, -170 ℃에서의 극저온 특성 평가를 살펴보면, 언노치 시편의 항복강도(YS_un) 836 MPa, 균일 연신율(UE_un) 10.2%, 노치 시편의 인장강도(TS_n) 920 MPa, 노치 민감율(NSR) 1.10를 나타냈다. 이로서, 실시예 5 시편의 경우, -170 ℃에서의 극저온 특성의 목표치를 모두 만족시켰다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S100 재가열하는 단계
S200 열간압연하는 단계
S300 냉각하는 단계

Claims (9)

  1. 탄소(C) 0.06 중량% 내지 0.11 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 미만, 인(P) 0 초과 0.01 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.50 내지 1.00 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.027 내지 0.125 중량%, 크롬(Cr) 0 초과 0.25 중량% 이하, 구리(Cu) 0 초과 0.28 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01 중량% 이하, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
    철근은 표층부와 상기 표층부를 제외한 중심부를 구비하되,
    상기 철근은 상기 표층부에서 실질적으로 템퍼드 마르텐사이트로 이루어지는 경화층을 구비하고, 상기 중심부에서 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트의 복합 조직을 가지는
    철근.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 중심부에서 면적분율로 35 내지 45%의 베이나이트, 45 내지 55%의 침상페라이트 및 5 내지 15%의 펄라이트를 포함하는
    철근.
  3. 제1 항에 있어서,
    상온에서 항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상 및 연신율 10% 이상을 만족하며,
    -170 ℃에서 언노치 시편에서의 균일 연신율 3% 이상, -170℃ 에서 노치 민감율(Notch Sensitive Ratio)이 1.0 이상이며,
    상기 노치 민감율은 (노치 시편의 인장강도) / (언노치 시편의 항복강도)의 비인
    철근.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 경화층의 깊이는 상기 철근의 표면으로부터, 상기 철근의 반지름 대비
    0.31 내지 0.55의 비를 가지는
    철근.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 중심부에서 상기 페라이트는 9 내지 11㎛의 결정립 크기를 가지는
    철근.
  6. 탄소(C) 0.06 중량% 내지 0.11 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.25 중량% 이하, 망간(Mn) 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 미만, 인(P) 0 초과 0.01 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.50 내지 1.00 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.027 내지 0.125 중량%, 크롬(Cr) 0 초과 0.25 중량% 이하, 구리(Cu) 0 초과 0.28 중량% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01 중량% 이하, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 주편을 1030℃ 내지 1250℃에서 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 주편을 920℃ 내지 1030℃의 마무리 압연 온도로 열간압연하여 철근을 형성하는 단계; 및
    상기 열간압연된 철근을 템프코어를 거쳐 상기 철근의 표면 온도를 마르텐사이트 변태시작온도(Ms 온도) 이하로 냉각하는 단계를 포함하되,
    상기 템프코어 공정은 상기 철근을 520℃ 내지 600℃에서 복열하는 단계를 포함하는
    철근의 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 마무리 압연 온도는 하기의 식의 조건에 따르는
    마무리 압연 온도(℃) < (850 + 0.80*Ae1 / 12.0*[C] + 5.8*[Mn] + 35.0*[Ni])- Ae3
    (이때, Ae1 및 Ae3는 각각 온도(℃) 단위를 가지며, [C]는 주편 내 탄소의 함량이며 단위는 중량% 이며, [Mn]은 주편 내 망간의 함량이며 단위는 중량% 이며, [Ni]은 주편 내 니켈의 함량이며 단위는 중량%이며, 계수 0.8은 무계수이며, 계수 12.0, 및 5.8은 1/중량%의 단위를 가지며, 상수 850은 온도(℃) 단위를 가짐.)
    철근의 제조 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 철근은
    표층부와 상기 표층부를 제외한 중심부를 구비하되,
    상기 표층부에서 실질적으로 템퍼드 마르텐사이트로 이루어지는 경화층을 구비하며,
    상기 중심부에서 면적분율로 35 내지 45%의 베이나이트, 45 내지 55%의 침상페라이트 및 5 내지 15%의 펄라이트를 포함하는
    철근의 제조 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 제조된 철근은 상온에서 항복강도(YS) 500MPa 이상, 인장강도(TS)/항복강도(YS)의 비가 1.15 이상 및 연신율 10% 이상을 만족하며,
    -170 ℃에서 언노치 시편에서의 균일 연신율 3% 이상, -170℃ 에서 노치 민감율(Notch Sensitive Ratio)이 1.0 이상이며,
    상기 노치 민감율은 (노치 시편의 인장강도) / (언노치 시편의 항복강도)의 비인
    철근의 제조 방법.
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