KR20230118953A - 400MPa급 내식성 철근 및 그 생산 방법 - Google Patents

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KR20230118953A
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한 마
윤 저우
지아치 자오
유 장
후안데 첸
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인스티튜트 오브 리서치 오브 아이론 앤드 스틸, 지앙수 프로빈스/샤-스틸, 씨오. 엘티디 (중국)
장쑤 샤강 그룹 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 400MPa급 내식성 철근 및 그 생산 방법을 개시한다. 철근의 화학 성분은 크롬: 9.5~10.4%, 몰리브덴: 1.0~1.2%, 망간: 0.3~0.6%, 니켈: 0.01~1%, 구리: 0.01~0.5%, 탄소≤0.014%, 질소≤0.004%, 니오브: 0.01~0.05%, 규소: 0.2~0.6%를 포함하고, 크롬+몰리브덴+0.5망간+0.35니켈+0.25구리는 11.1~12.2%이며, 탄소+질소+망간+1.8니오브는 0.4~0.8%이며, 나머지는 철이다.

Description

400MPa급 내식성 철근 및 그 생산 방법
본 출원은 출원일이 2021년 01월 15일이며, 출원 번호가 202110051522.4이고, 발명 명칭이 “400MPa급 내식성 철근 및 그 생산 방법”인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하며, 본 출원에서는 그 모든 내용을 인용하고 있다.
본 발명은 야금 기술 분야에 속하는 것으로서, 400MPa급 내식성 철근 및 400MPa급 내식성 철근의 생산 방법에 관한 것이다.
철근 콘크리트 구조는 기반시설 건설에 가장 널리 사용되는 구조형식으로 철근 콘크리트 구조는 이론적인 서비스 수명이 비교적 길지만, 실제 공정에서는 철근 콘크리트가 조기에 파손되는 사례가 많아, 유지 원가를 증가시킬 뿐만 아니라 에너지와 자원의 막대한 낭비를 초래한다. 조사 연구에 따르면, 연안의 철근 콘크리트 구조는 염소 이온과 황산염이 풍부하고, 고온 다습한 등 열악한 환경의 영향을 받아, 10~15년 사용 후, 일반적으로 심각한 부식 손상이 나타나 설계의 이론적인 서비스 수명에 훨씬 도달하지 못한다.
철근 콘크리트 구조의 콘크리트는 강알칼리성 환경에 속하며, 해당 알칼리성 환경에서는 철근 표면이 패시베이션되어 안정적인 금속 산화물 패시베이션막을 형성한다. 철근 콘크리트 구조의 실제 사용에서 패시베이션막의 용해 및 복구는 이론적으로 거의 평형에 가까운 상태이기 때문에, 철근 표면의 다양한 위치의 전위가 기본적으로 일정하게 유지되어, 철근이 부식되기 어렵거나 부식되는 속도가 매우 낮음을 보장한다. 그러나 철근 표면의 패시베이션막이 외부 침식 물질에 의해 파괴되는 경우, 예를 들어, 해양 환경에서, 철근 표면의 패시베이션막의 활성 염소 이온이 일정한 농도에 도달할 때, 패시베이션막의 용해와 복구의 균형이 깨지고, 패시베이션막의 용해 속도가 빨라지고 부식 피트가 형성되어, 철근 매트릭스가 침식 매체에 노출되어, 결국 철근 콘크리트 구조의 파손으로 이어진다.
현재 부식 방지제, 표면 보호층, 음극 보호, 철근 코팅 등 수단을 통해 철근 콘크리트 구조의 서비스 수명을 연장하는 효과가 있지만, 철근 콘크리트 구조의 핵심으로서, 철근 자체 매트릭스의 내식성을 향상시키는 것이 철근 콘크리트 구조의 부식 파괴 문제를 해결하는 열쇠이다.
동시에, 내식성 외에도 철근의 기계적 성능, 용접 성능과 생산 제조 원가 등도 철근의 실제 생산과 적용에 영향을 미치는 중요한 측면이다. 예를 들어, 스테인리스강 철근은 내식성이 우수한 일반적인 유형의 철근으로, Cr, Ni, Mo 등의 합금 원소를 다량으로 첨가함으로써, 내식성을 일반 탄소강 철근에 비해 대폭 향상시킬 수 있으며, 부식 저항력이 매우 뛰어나지만; 스테인리스강 철근에 다량의 합금 원소가 첨가되어, 용접 성능이 매우 불량하여, 실제 시공시 스테인리스강 철근의 용접 시공 원가가 매우 높으며, 철근 콘크리트 구조의 용접 불량으로 인한 구조 불안정의 위험도 있으며; 동시에, 스테인리스강 철근에 다량의 합금 원소가 첨가되어, 원료 원가와 생산 원가가 일반 철근에 비해 배로 증가하여, 가격이 너무 높아 널리 사용할 수 없고, 에너지 절약 및 소비 감소의 사회적 요구에도 부합하지 않으며; 또한 스테인리스강 철근이 일반 철근과 결합될 때 매크로 셀 부식이 형성되는지 여부에 대해서도 여전히 논란이 있다.
따라서, 부식 방지 성능, 기계적 성능, 용접 성능 및 원가를 동시에 어떻게 보장할 것인가는 부식 방지 철근 연구에서 상당한 사회적 의미와 경제적 효과를 갖는 중요한 주제가 될 것이다.
종래 기술에 존재하는 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 우수한 부식 방지 성능, 종합적인 기계적 성능과 용접 성능을 가지며, 낮은 재료 원가와 공정 원가로 제조할 수 있고, 해양 공학에서 널리 사용하기에 적합한 400MPa급 내식성 철근을 제공하는 것이다.
상기 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시형태는 400MPa급 내식성 철근을 제공하며, 상기 철근의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu: 0.01~0.5%, C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%를 포함하고, Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu는 11.1~12.2%이며, C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb는 0.4~0.8%이며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이다.
바람직하게는, 상기 철근의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, V: 0.1~0.15%, Ti: 0.01~0.05%, Al: 0.01~0.03%, B: 0.0005~0.0020% 중 임의의 하나 이상을 더 포함한다.
나아가, 상기 철근의 미시적 조직은 페라이트와 베이나이트이며, 이 중 페라이트가 차지하는 비율은 28%~40%이다.
나아가, 상기 철근은 GB/T10561 표준에 따른 A유형, B유형, C유형, D유형 개재물은 모두 ≤1.0급이다.
나아가, 상기 철근의 항복 강도는 ≥420MPa이며, 인장 강도는 ≥540MPa이며, 절단 후 연신율은 ≥18%이며, 최대력 총 연신율은 ≥7.5%이다.
바람직하게는, 상기 철근의 공칭 직경은 6~32mm이다.
바람직하게는, 상기 철근의 공칭 직경이 6~10mm일 때, 상기 철근은 코일형 철근으로 설정되며; 상기 철근의 공칭 직경이 12~32mm일 때, 상기 철근은 직선형 철근으로 설정된다.
나아가, 침지 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.05~0.1g/(m2·h)이며; 염수 분무 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.01~0.04g/(m2·h)이며;
염소 이온 농도가 ≥3mol/L인 모의 콘크리트 간극 유체에서, 상기 철근의 자체 부식 전위는 -0.1~-0.15V이며, 분극 저항은 2500~3000kΩ/cm2이며, 자체 부식 전류 밀도는 ≤0.13μA/cm2이다.
바람직하게는, 상기 철근은 공정 경로 1과 공정 경로 2를 채택하여 모두 제조될 수 있으며;
여기서, 상기 공정 경로 1은 순차적으로 진행되는 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, AOD로 정제 공정, LF로 정제 공정, 빌릿 연속 주조 공정, 열간 연속 압연 공정 및 온도 제어 냉각 공정을 포함하며;
상기 공정 경로 2는 순차적으로 진행되는 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정, 빌릿 연속 주조 공정, 열간 연속 압연 공정 및 온도 제어 냉각 공정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 공정 경로 1에서, 상기 전로 제련 공정의 출탕 온도는 1600-1660℃이며; 상기 AOD로 정제 공정 시, 쇳물에 고탄소 크롬 철 합금, 몰리브덴 철 합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 복원 후 슬래그를 제거하며, 망간 합금을 첨가하며, 출탕 전 출탕에 사용되는 주물을 담는 용기는 아르곤 가스로 5min 이상 퍼지하며, 출탕 과정에서 알루미늄괴 20kg을 쇳물에 첨가하며, 출탕 온도는 1630~1670℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.01%이며; 상기 LF로 정제 공정 시, 쇳물이 LF로의 주물을 담는 용기에 도달한 후, 쇳물 1톤당 석회 13~15kg, 형석 4.0~6.5kg을 첨가하는 방안에 따라 슬래그를 조정하며, 백색 슬래그 유지시간은 ≥8min이며, 소프트 교반 시간은 8~15min이며, 출탕 온도는 1600~1620℃이며; 상기 빌릿 연속 주조 공정 시, 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 1.2~1.6m/min이다.
바람직하게는, 상기 공정 경로 2에서, 상기 전로 제련 공정 시, 출탕 과정에서 쇳물에 마이크로 카본 크롬 철합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 출탕 온도는 1700~1750℃이며; 상기 LF로 정제 공정 시, LF로의 주물을 담는 용기는 80~160L/min의 아르곤 가스 유량으로 전 과정 바닥 블로잉을 진행하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며; 상기 RH로 정제 공정 시, RH로를 3분간 진공시킨 후, RH로에 산소를 불어 넣기 시작하고, 불어 넣는 산소 총량은 500~700Nm3이며, 이어서 마이크로 카본 크롬 철합금을 쇳물에 첨가하여 쇳물을 합금화하며, 진공도가 2mbar 미만일 때 5min 이상 정순환 처리하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.015%이며; 상기 빌릿 연속 주조 공정 시, 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 2.2~2.6m/min이다.
바람직하게는, 상기 공정 경로 1과 상기 공정 경로 2는 모두,
상기 열간 연속 압연 공정 시, 연속 주조 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1100~1200℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 12~32mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 1000~1100℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며;
상기 온도 제어 냉각 공정 시, 압연된 스트레이트 나사형 철근은 냉상에서 자연 냉각되며, 상부 냉상의 온도는 860~920℃이다.
바람직하게는, 상기 공정 경로 1과 상기 공정 경로 2는 모두, 상기 열간 연속 압연 공정일 때, 연속 주조 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1080~1130℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 6~10mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 980~1030℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며, 방사 온도는 830~920℃이다.
바람직하게는, 상기 공정 경로 1과 상기 공정 경로 2는 모두 상기 온도 제어 냉각 공정 후에 순차적으로 진행되는 온라인 산세 공정, 포장 공정을 포함하며; 상기 온라인 산세 공정에서, 철근을 순차적으로 산세 탱크, 패시베이션 탱크와 건조 기기를 통과하며, 상기 산세 탱크의 분사구는 상기 산세 탱크의 중심선을 둘러싸면서 분포된다.
나아가, 상기 두개의 철근이 전기 슬래그 압력 용접을 사용하여 용접 시료로 연결될 경우, 인장 시험에서의 얻어진 용접 시료의 절단점은 상기 두개의 철근의 모재에 형성된다.
종래 기술에 비교하여, 본 발명의 유익한 효과는 다음과 같이 포함한다.
(1) 초저탄소 설계를 전제로 Cr, Mo, Mn, Ni, Cu의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계함과 동시에 C, N, Si, Mn, Nb의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계하여, 철근이 합리적인 비율의 페라이트와 베이나이트 2상 미시적 조직을 갖도록 하여, 철근의 전반적인 종합 성능이 우수하며; 구체적으로, 철근의 기계적 성능 측면: 항복 강도는 ≥420MPa이며, 인장 강도는 ≥540MPa이며, 절단 후 연신율은 ≥18%이며, 최대력 총 연신율은 ≥7.5%이며; 부식 방지 성능 측면: 침지 부식 시험과 염수 분무 부식 시험에서, 부식 방지 성능은 일반 HRB400에 비해 45배 이상 향상되며, 전기 화학적 부식 시험에서, 자체 부식 전위는 일반 HRB400에 비해 정이동폭이 0.4V를 초과하며, 분극 저항은 일반 HRB400보다 훨씬 높으며, 자체 부식 전류 밀도는 일반 HRB400의 1/65 또는 그 이하에 해당하며; 용접 성능 측면: 용접이 용이하며, 용접점 구조가 견고하여 쉽게 부서지지 않으며, 인장 시험에서의 용접 시료의 절단점은 철근 모재에 형성되며;
(2) 상기 화학 성분 설계 방안의 경우, 우수한 부식 방지 성능, 종합적인 기계적 성능과 용접 성능을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 합금 원소의 원가가 저렴하며, 에너지 절약 및 소비를 줄일 수 있고, 여러 공정 경로를 통해 제조할 수 있어, 생산 공정의 원가가 절감되며, 실제 생산 가공에 적합하며, 더 높은 사회적 의미와 경제적 효과가 있다.
종래 기술에 존재하는 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 얻어진 철근이 우수한 부식 방지 성능, 종합적인 기계적 성능과 용접 성능을 가지고, 낮은 재료 원가와 공정 원가를 가지며, 해양 공학에서 널리 사용하기에 적합한 400MPa급 내식성 철근의 생산 방법을 제공하는 것이다.
상기 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 실시형태는 400MPa급 내식성 철근의 생산 방법을 제공하며, 상기 생산 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(1) 제강
쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, AOD로 정제 공정, LF로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하거나, 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하며, 얻어진 쇳물을 연속 주조하여 강철 빌렛을 제조하며, 상기 강철 빌렛의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu: 0.01~0.5%, C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%를 포함하고, Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu는 11.1~12.2%이며, C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb는 0.4~0.8%이며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이다.
(2) 압연 제어 및 냉각 제어
단계(1)에서 얻어진 강철 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1100~1200℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 12~32mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 1000~1100℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며; 그 후 압연된 스트레이트 나사형 철근은 냉상에서 자연 냉각되며, 상부 냉상의 온도는 860~920℃이며;
또는, 단계(1)에서 얻어진 강철 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1080~1130℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 6~10mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 980~1030℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며, 방사 온도는 830~920℃이며; 그 후 압연된 코일 나사형 철근을 지연형 스톡홀름 냉각 방식을 사용하며, 롤러 테이블 아래의 송풍기가 전부 꺼진다.
바람직하게는, 단계(1)에서, 상기 강철 빌렛의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, V: 0.1~0.15%, Ti: 0.01~0.05%, Al: 0.01~0.03%, B: 0.0005~0.0020% 중 임의의 하나 이상을 더 포함한다.
바람직하게는, 단계(1)에서, 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, AOD로 정제 공정, LF로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하면, 상기 전로 제련 공정의 출탕 온도는 1600~1660℃이며; 상기 AOD로 정제 공정 시, 쇳물에 고탄소 크롬 철 합금, 몰리브덴 철 합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 복원 후 슬래그를 제거하며, 망간 합금을 첨가하며, 출탕 전 출탕에 사용되는 주물을 담는 용기는 아르곤 가스로 5min 이상 퍼지하며, 출탕 과정에서 알루미늄괴 20kg을 쇳물에 첨가하며, 출탕 온도는 1630~1670℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.01%이며; 상기 LF로 정제 공정 시, 쇳물이 LF로의 주물을 담는 용기에 도달한 후, 쇳물 1톤당 석회 13~15kg, 형석 4.0~6.5kg을 첨가하는 방안에 따라 슬래그를 조정하며, 백색 슬래그 유지시간은 ≥8min이며, 소프트 교반 시간은 8~15min이며, 출탕 온도는 1600~1620℃이며; 빌릿 연속 주조 공정 시, 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 1.2~1.6m/min이며;
쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하면, 상기 전로 제련 공정 시, 출탕 과정에서 쇳물에 마이크로 카본 크롬 철합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 출탕 온도는 1700~1750℃이며; 상기 LF로 정제 공정 시, LF로의 주물을 담는 용기는 80~160L/min의 아르곤 가스 유량으로 전 과정 바닥 블로잉을 진행하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며; 상기 RH로 정제 공정 시, RH로를 3분간 진공시킨 후, RH로에 산소를 불어 넣기 시작하고, 불어 넣는 산소 총량은 500~700Nm3이며, 이어서 마이크로 카본 크롬 철합금을 쇳물에 첨가하여 쇳물을 합금화하며, 진공도가 2mbar 미만일 때 5min 이상 정순환 처리하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.015%이며; 빌릿 연속 주조 공정 시, 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 2.2~2.6m/min이다.
바람직하게는, 상기 생산 방법은 다음 단계를 더 포함한다.
(3) 온라인 산세
단계(2)에서 얻어진 철근을 순차적으로 산세 탱크, 패시베이션 탱크와 건조 기기를 통과하여, 온라인 산세를 진행하며, 상기 산세 탱크의 분사구는 상기 산세 탱크의 중심선을 둘러싸면서 분포되며; 철근이 상기 건조 기기를 떠난 후에 포장한다.
나아가, 상기 생산 방법에 의해 제조된 2개의 철근이 전기 슬래그 압력 용접을 사용하여 용접 시료로 연결될 경우, 인장 시험에서의 얻어진 용접 시료의 절단점은 상기 두개의 철근의 모재에 형성된다.
나아가, 상기 생산 방법에 의해 제조된 철근은 미시적 조직은 페라이트와 베이나이트이며, 이 중 페라이트가 차지하는 비율은 28%~40%이다.
나아가, 상기 생산 방법에 의해 제조된 철근은 GB/T10561 표준에 따른 A유형, B유형, C유형, D유형 개재물은 모두 ≤1.0급이다.
나아가, 상기 생산 방법에 의해 제조된 철근의 항복 강도는 ≥420MPa이며, 인장 강도는 ≥540MPa이며, 절단 후 연신율은 ≥18%이며, 최대력 총 연신율은 ≥7.5%이다.
나아가, 상기 생산 방법에 의해 제조된 철근은, 침지 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.05~0.1g/(m2·h)이며; 염수 분무 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.01~0.04g/(m2·h)이며;
염소 이온 농도가 ≥3mol/L인 모의 콘크리트 간극 유체에서, 상기 철근의 자체 부식 전위는 -0.1~-0.15V이며, 분극 저항은 2500~3000kΩ/cm2이며, 자체 부식 전류 밀도는 ≤0.13μA/cm2이다.
종래 기술에 비교하여, 본 발명의 유익한 효과는 다음과 같이 포함한다.
(1) 초저탄소 설계를 전제로 Cr, Mo, Mn, Ni, Cu의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계함과 동시에 C, N, Si, Mn, Nb의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계하여, 철근이 합리적인 비율의 페라이트와 베이나이트 2상 미시적 조직을 갖도록 하여, 철근의 전반적인 종합 성능이 우수하며; 구체적으로, 철근의 기계적 성능 측면: 항복 강도는 ≥420MPa이며, 인장 강도는 ≥540MPa이며, 절단 후 연신율은 ≥18%이며, 최대력 총 연신율은 ≥7.5%이며; 부식 방지 성능 측면: 침지 부식 시험과 염수 분무 부식 시험에서, 부식 방지 성능은 일반 HRB400에 비해 45배 이상 향상되며, 전기 화학적 부식 시험에서, 자체 부식 전위는 일반 HRB400에 비해 정이동폭이 0.4V를 초과하며, 분극 저항은 일반 HRB400보다 훨씬 높으며, 자체 부식 전류 밀도는 일반 HRB400의 1/65 또는 그 이하에 해당하며; 용접 성능 측면: 용접이 용이하며, 용접점 구조가 견고하여 쉽게 부서지지 않으며, 인장 시험에서의 용접 시료의 절단점은 철근 모재에 형성되며;
(2) 상기 화학 성분 설계 방안에 기초하며, 우수한 부식 방지 성능, 종합적인 기계적 성능과 용접 성능을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 합금 원소의 원가가 저렴하며, 에너지 절약 및 소비를 줄일 수 있고, 여러 공정 경로를 통해 제조할 수 있어, 생산 공정의 원가가 절감되며, 실제 생산 가공에 적합하며, 더 높은 사회적 의미와 경제적 효과가 있으며;
(3) 또한, 상기 화학 성분 설계 방안을 전제로 압연 제어 및 냉각 제어 중 공정 제어와 결합하여, 철근의 조직, 기계적 성능, 부식 방지 성능과 용접 성능을 더욱 최적화하여, 철근의 종합적인 성능을 더욱 향상시킬 수 있으며, 동시에 열간 연속 압연 공정의 공정 작업을 간단하고 쉽게 제어할 수 있으며, 실제 생산의 작업 조건을 보장한다.
아래 구체적인 실시형태와 결합하여 본 발명의 기술 방안을 추가로 소개하지만, 보호 범위는 단지 서술에 제한되지 않는다.
<제1 실시형태>
본 실시형태는 내식성 철근, 특히 열간 압연 리브 철근을 제공하며, 그 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu: 0.01~0.50%, C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%를 포함하며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이다.
그리고, 상기 철근의 화학 성분 중 Cr, Mo, Mn, Ni 및 Cu의 질량 백분율은 11.1%≤Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu≤12.2%를 충족하며; C, N, Si, Mn과 Nb의 질량 백분율은 또한 0.4%≤C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb≤0.8%를 충족한다.
여기서, 상기 철근 중의 각 화학 성분의 작용을 아래와 같이 설명한다.
Cr: 중요한 내식성 원소이며, 철근 표면에 산화물 패시베이션막을 형성하여, 철근의 산화를 효과적으로 방지하고, 철근 매트릭스의 내식 성능을 향상시킬 수 있으며; 특히 Mo, Ni 등 기타 원소와 공존하는 경우, 철근이 더 우수한 내식 성능을 얻고 점식 발생을 피할 수 있으며; 또한, Cr 원소는 철근의 담금질성을 향상시킬 수 있으며, 본 발명의 화학 성분 설계에서, Cr 함량은 9.5~10.4%로 제어된다.
Mo: 중요한 내식성 원소이며, 환원성 산 환경에서도, 강한 산화성 염용액 환경에서도, Mo 원소의 첨가는 철근 표면을 패시베이션시킬 수 있고, 염화물 용액에서 철근의 점식을 방지할 수 있어, 전체적으로 다양한 환경에서의 철근의 부식 방지 성능을 향상시킬 수 있으며; 또한, Mo 원소는 펄라이트 변화에 대한 억제 효과가 매우 뚜렷하고, 탄화물과 결합하여 원소 Cr을 형성하여, 베이나이트 생성을 촉진할 수 있으며; 또한, Mo 원소는 결정 입자의 미세화를 촉진하며, 철근의 담금질성과 열 강도를 향상시킬 수 있지만; Mo 함량이 너무 높으면, 철근의 항산화 특성이 악화되며, 본 발명의 화학 성분 설계에서, Mo 함량은 1.0~1.2%로 제어된다.
Mn: 고용 강화 원소이며, 코일의 강도를 향상시킬 수 있고, 또한 유해 원소 S와 결합하여 철근의 열취성을 낮출 수 있으며; 동시에 중요한 탈산제, 탈황제, 오스테나이트 형성 원소이기도 하지만; Mn 함량이 너무 높으면, 철근의 가소성, 충격 인성, 용접 성능 등이 모두 저하되며; 본 발명의 화학 성분 설계에서, Mn 함량은 0.3~0.6%로 제어된다.
Ni: 중요한 내식성 원소이며, 철근은 산-알칼리 환경에 대한 높은 내식성을 가지고, 고온에서 철근은 높은 방청 능력과 내열성을 가지며; 동시에, Ni 원소는 오스테나이트 형성 원소로서 강재가 균일한 오스테나이트 조직을 갖도록 하여, 내식성을 개선하며, 본 발명의 화학 성분 설계에서, Ni 함량은 0.01~1.00%로 제어된다.
Cu: 중요한 내식성 원소이며, 철근의 내식성 향상에 기여하나, Cu 함량이 너무 높으면, 강재의 가소성 저하, 열간 압연 균열이 발생하며; 본 발명의 화학 성분 설계에서, Cu 함량은 0.01~0.50%로 제어된다.
C: 오스테나이트 형성 원소이며, 탄소 함량을 페라이트의 용해 한계 이하로 유지하며, 강철 조직 구조와 성분 분포의 균일성을 높이고, 철근 내부의 각 영역 간의 전위차를 줄여, 부식 속도를 줄일 수 있으며, 본 발명의 화학 성분 설계에서, C 함량은 0.014%로 제어된다.
N: 오스테나이트 형성 원소이며, N 함량이 너무 높으면, 철근의 가소성이 저하되고, 철근 조직에서 페라이트와 베이나이트의 비율 제어에도 도움이 되지 않으며, 본 발명의 화학 성분 설계에서, N 함량은 0.004% 이하로 제어된다.
Nb: 미세합금 강화 원소이며, 압연 공정(예를 들어 후술하는 열연간 압연 공정)에서 석출 강화와 미립자 강화의 역할을 할 수 있으며, 그러나, Nb 함량이 너무 높으면 철근의 가소성 저하, 원가 증가를 초래하며; 본 발명의 화학 성분 설계에서, Nb 함량은 0.01~0.05%로 제어된다.
Si: 고용 강화 원소이며, 페라이트에 고용되어, 오스테나이트에서 C원소의 확산을 억제하고, 페라이트와 펄라이트의 상변화를 지연시키며, 철근의 항복 강도와 인장 강도를 향상시키지만; Si 함량이 너무 높으면 강재의 가소성이 저하되고, 철근의 용접 성능을 악화시키며; 본 발명의 화학 성분 설계에서, Si 함량은 0.2~0.6%로 제어된다.
P: 철근의 강도와 내식 성능을 향상시킬 수 있지만, 강철에서는 편석이 나타나기 쉽고, P 함량이 너무 높으면 저온에서 기계적 성능이 떨어질 수 있으며, 본 발명의 화학 성분 설계에서, P 함량은 0.01~0.03%로 제어된다.
Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu: 철근의 내식 성능, 가소성 및 원가에 대한 종합적인 제어는 매우 중요하며, 한편, 철근 표면의 산화막은 충분한 치밀성을 가지며, 철근 매트릭스의 내식 복원 능력을 향상시키고, 철근 산화막과 철근 매트릭스의 내식 성능을 보장하며, 다른 한편, 철근 조직에서 페라이트 비율이 낮은 것을 피하며, 철근의 미시적 조직 및 비율을 조절하여 철근의 가소성을 향상시키며, 절단 후 연신율과 최대력 총 연신율을 높이는 데 도움이 되며, 또 다른 한편으로는 고가의 합금 원소의 첨가를 낮추고, 원가를 절감하며, 엔지니어링의 보급, 설계 및 사용을 촉진하며, 본 발명의 화학 성분 설계에서, Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu는 11.1~12.2%를 만족한다.
C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb: 철근의 강도, 가소성 등 기계적 성능의 종합적인 제어는 매우 중요하며, 한편, 합금 원소가 각각의 고용 강화, 석출 강화 및 조직 강화 등의 역할을 충분히 발휘하여, 철근의 강도를 높일 수 있도록 보장하며, 또 다른 한편, 철근 조직에서 페라이트 비율이 낮은 것을 피하며, 철근 조직 중 베이나이트 비율이 높은 것을 피하는데, 즉 철근 조직 중 페라이트와 베이나이트 각각의 비율을 최적화하여, 철근의 가소성을 높이고, 절단 후 연신율과 최대력 총 연신율을 증가시키며, 본 발명의 화학 성분 설계에서, C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb는 0.4~0.8%를 만족한다.
상술한 바를 종합하면, 종래 기술에 비해, 본 발명에서의 화학 성분의 설계에서, (1) 초저탄소 설계를 전제로 Cr, Mo, Mn, Ni, Cu의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계함과 동시에 C, N, Si, Mn, Nb의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계하여, 철근의 미시적 조직이 페라이트와 베이나이트가 되도록 하며, 이 중 페라이트가 차지하는 비율은 28%~40%이며, 베이나이트가 차지하는 비율은 60%~72%이며, 철근은 우수한 부식 방지 성능, 종합 기계적 성능과 용접 성능을 가지고 있으며, 전체적인 종합 성능이 우수하며, 해양 공학의 사용 수요에 적합하며; (2) 상기 화학 성분 설계 방안의 경우, 우수한 부식 방지 성능, 종합적인 기계적 성능과 용접 성능을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 합금 원소의 원가가 저렴하며, 에너지 절약 및 소비를 줄일 수 있고, 여러 공정 경로를 통해 제조할 수 있어, 생산 공정의 원가가 절감되며, 실제 생산 가공에 적합하며, 더 높은 사회적 의미와 경제적 효과가 있다.
여기서, 전술한 바와 같이, 상기 철근의 미시적 조직은 페라이트와 베이나이트이며, 이 중 페라이트가 차지하는 비율은 28%~40%이며, 베이나이트가 차지하는 비율은 60%~72%이다. 이와 같이, 미시적 조직 및 그 페라이트와 베이나이트의 비율이 상기 철근에 미치는 영향은 두 가지 측면에서 더 구현되며, 한편으로는 기계적 성능이며, 본 실시형태에서 페라이트와 베이나이트의 비율 제어는 적절한 항복 강도와 양호한 연신율을 보장할 수 있으며, 절단 후 연신율과 최대력 총 연신율을 포함하여, 우수한 종합 기계적 성능을 보장하며; 다른 한편으로는 내식 성능이며, 일정한 베이나이트 조직 비율을 보장하여, 철근의 내식 성능을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 기계적 성능 측면에서, 상기 철근은 400MPa급 이상의 철근이며, 그 항복 강도는 ≥420MPa이며, 인장 강도는 ≥540MPa이며, 절단 후 연신율은 ≥18%이며, 최대력 총 연신율은 ≥7.5%이다.
이 밖에, 상기 철근은 개재물 측면에서도 아주 좋은 제어를 받으며, 구체적으로, 상기 철근은 GB/T10561 표준에 따른 A유형, B유형, C유형, D유형 개재물은 모두 ≤1.0급이며, 이와 같이, 저온 조건에서의 철근의 인성을 향상시킬 수 있으며, 상기 철근의 기계적 성능을 보장하는 데 도움이 된다.
나아가, 내식 성능 측면에서, 상기 철근은 침지 부식 시험과 염수 분무 부식 시험에서, 부식 방지 성능은 일반 HRB400에 비해 45배 이상 향상된다. 구체적으로, 침지 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.05~0.1g/(m2·h)이며; 염수 분무 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.01~0.04g/(m2·h)이며;
염소 이온 농도가 ≥3mol/L인 모의 콘크리트 간극 유체에서, 상기 철근의 자체 부식 전위는 -0.1~-0.15V이며, 분극 저항은 2500~3000kΩ/cm2이며, 자체 부식 전류 밀도는 ≤0.13μA/cm2이다.
여기서, 사용된 침지 부식 시험의 구체적인 방법은 처리된 시료를 침지 부식 시험함에 넣어, YB/T4367 철근의 염소 이온 환경 부식 시험 방법에 따라 수행하며, 용액은 2.0±0.05(wt%)의 NaCl이며, pH는 6.5~7.2이며, 용액 온도는 45℃±2℃이며, 건조 온도는 70℃±10℃이며, 연속 시험하고 168h에서의 평균 중량 감소 부식 속도를 획득한다.
사용된 염수 분무 부식 시험의 구체적인 방법은 처리된 시료를 염수 분무 시험함에 넣어, GB/T10125 인공 분위기 부식 시험-염수 분무 부식 시험에 따라 수행하며, 용액은 2.0±0.05(wt%)의 NaCl이며, pH는 6.5~7.2이며, 용액 온도는 35℃±2℃이며, 연속 시험하고 168h에서의 평균 중량 감소 부식 속도를 획득한다.
전기 화학적 부식 시험에서, 염소 이온 농도가 ≥3mol/L인 모의 콘크리트 간극 유체 부식 시험 조건에서, 상기 철근의 자체 부식 전위는 -0.1~-0.15V이며, 일반 HRB400에 비해 정이동폭이 0.4V를 초과하며; 상기 철근의 분극 저항은 2500~3000kΩ/cm2이며, 일반 HRB400보다 훨씬 높으며; 상기 철근의 자체 부식 전류 밀도는 ≤0.13μA/cm2이며, 일반 HRB400의 1/65 또는 그 이하에 해당한다.
여기서, 사용된 전기화학적 부식 시험의 구체적인 방법은, 전기화학적 시험은 GB/T24196-2009 “금속과 합금의 부식 전기화학적 시험 방법 정전위와 동전위 극화 측정 지침”에 따라 수행되며, 3전극 체계를 채택하며, 기준 전극은 포화 칼로멜 전극이며, 보조 전극은 백금(Pt) 시트이며, 테스트 용액은 염소 이온 농도가 ≥3mol/L인 모의 콘크리트 간극 유체이며; 분극 곡선 테스트 스캐닝 범위는 시료 자체 부식 전위는 -300~600mV이며, 스캐닝 주파수는 1mV/s이며, 전기 화학적 임피던스 테스트 스캐닝 주파수 범위는 10-2~105Hz이며, 교류 여기 신호 진폭은 ±5mV이다.
내식 성능 측면에서, 상기 철근은 우수한 내식 성능을 가지고 있음을 알 수 있으며, 모의 해수 용액에서 부식 성능 시험의 경우, 모든 지표가 동일한 등급의 일반 나사형 철근보다 훨씬 우수한다.
용접 성능 측면에서, 상기 철근은 용접이 용이하며, 상기 두개의 철근이 전기 슬래그 압력 용접을 사용하여 용접 시료로 연결될 경우, 용접점 구조가 견고하여 쉽게 부서지지 않으며, 인장 시험에서의 용접 시료의 절단점은 용접점 위치가 아닌 철근 모재에 형성된다.
바람직하게는, 본 실시형태에서, 상기 철근의 공칭 직경은 6~32mm이다.
여기서, 상기 철근의 공칭 직경이 6~10mm일 때, 상기 철근은 코일형 철근으로 설정되며; 상기 철근의 공칭 직경이 12~32mm일 때, 상기 철근은 직선형 철근으로 설정된다. 이와 같이, 해양 공학에서 철근에 대한 요구 사항을 충족할 수 있고, 직경 설계를 통해, 철근 구조의 종합적인 기계적 성능 및 내식 성능을 향상시킬 수도 있다.
<제2 실시형태>
본 실시형태는 내식성 철근, 구체적으로는 해양 공학에 적합한 열간 압연 리브 철근을 제공하며, 앞서 언급한 제1 실시형태와의 차이점은 화학 성분에 V: 0.1~0.15%, Ti: 0.01~0.05%, Al: 0.01~0.03%, B: 0.0005~0.0020% 중 임의의 하나 이상을 더 추가하여, 철근의 성능을 더욱 향상시킨다는 점이다.
구체적으로, 본 실시형태에서, 상기 철근의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu: 0.01~0.50%, C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%, 및 V: 0.1~0.15%, Ti: 0.01~0.05%, Al: 0.01~0.03%, B: 0.0005~0.0020% 4개 중 임의의 하나 이상을 포함하며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이다.
그리고 제1 실시형태와 마찬가지로, 상기 철근의 화학 성분 중 Cr, Mo, Mn, Ni 및 Cu의 질량 백분율은 11.1%≤Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu≤12.2%를 충족하며; C, N, Si, Mn 및 Nb의 질량 백분율은 또한 0.4%≤C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb≤0.8%를 충족한다.
여기서, 상기 철근에서 Cr, Mo, Mn, Ni, Cu, C, N, Nb, Si, P 등 기타 요소의 역할과 Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu 및 C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb의 설계 효과는 전술한 제1 실시형태와 동일하며, 더 이상 반복하지 않는다. 다음은 본 실시형태에서, 선택적 요소 V, Ti, Al와 B의 역할을 설명한다.
V: 미세합금 강화 원소이며, 압연 공정(예를 들어 후술하는 열간 연속 압연 공정)에서 V(C, N) 화합물을 석출할 수 있으며, 일정한 석출 강화 효과가 있으며, 동시에 오스테나이트와 페라이트 결정립의 성장을 방지하고, 미세 결정 강화 효과가 있지만; V 함량이 너무 높으면, 철근의 가소성이 저하되고, 원가가 증가하며, 본 발명의 화학 성분 설계에서, V 함량은 0.1~0.15%로 제어된다.
Ti: C 원소와의 친화력이 Cr보다 커서, 탄화크롬으로 인한 입계 부족 크롬을 피할 수 있어, 입간 부식을 효과적으로 방지할 수 있으며; 그리고, Ti를 적당량 첨가하면, 강판에 미세한 분산 분포의 TiOx와 TiN을 형성할 수 있지만; Ti 함량이 너무 높으면, 철강 용액의 점도가 증가하여, 쇳물의 제련에 도움이 되지 않으며, 동시에 형성된 TiOx의 크기가 두꺼워져, 강판의 인성을 악화시킬 수 있으며; 본 발명의 화학 성분 설계에서, Ti 함량은 0.01~0.05%로 제어된다.
Al: 일반적으로 사용되는 탈산제이며, 철근 매트릭스의 전극 전위를 높이고, 내식성을 향상시킬 수 있으며; 오스테나이트 결정립의 성장을 방지하고, 철근의 강도를 높일 수 있지만; Al 함량이 너무 많으면, 강철의 산화물이 증가하여, 철근의 용접성에 악영향을 미칠 수 있으며; 본 발명의 화학 성분 설계에서, Al 함량은 0.01~0.03%로 제어된다.
B: 강화 원소이며, 철근의 강도를 높이는 데 현저한 효과가 있지만, B 함량이 너무 높으면, 결정간 내식 성능 향상에 악영향을 미치며; 본 발명의 화학 성분 설계에서, B 함량은 0.0005~0.0020%로 제어된다.
본 실시형태에서, V, Ti, Al와 B 중 임의의 하나 이상의 선택적 첨가에 기초하여, 상기 철근은 성능 측면에서 제1 실시형태에 기초하여 더욱 개선될 수 있으며, 해당 철근은 보다 우수한 부식 방지 성능, 기계적 강도, 가소성과 용접 성능을 가지며, 공사 시공에 편리할 뿐만 아니라, 해양 공정에 사용할 때 이론적으로 더 긴 서비스 수명을 가질 수 있다.
<제3 실시형태>
본 실시형태는 전술한 제1 실시형태의 내식성 철근의 생산 제조에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 전술한 제2 실시형태의 내식성 철근의 생산 제조에 모두 사용될 수 있는 내식성 철근의 생산 방법을 제공한다.
본 실시형태에서, 상기 생산 방법의 공정 경로는 순서에 따라 진행하는 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, AOD로 정제 공정, LF로 정제 공정, 빌릿 연속 주조 공정, 열간 연속 압연 공정, 온도 제어 냉각 공정과 포장 공정을 포함한다. 다음은 단계 순서에 따라 상기 생산 방법에 대해 자세하게 소개한다.
(1) 제강 단계
해당 단계에서, 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, AOD로 정제 공정, LF로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하며, 얻어진 쇳물은 상기 빌릿 연속 주조 공정을 이용하여 연속 주조하여 강철 빌렛을 제조한다.
이해할 수 있다 시피, 전술한 제1 실시형태의 내식성 철근을 제조하기 위한 상기 생산 방법을 사용할 경우, 해당 단계에서 얻어진 강철 빌렛의 화학 성분은 제1 실시형태의 철근의 화학 성분과 일치하는데, 즉, 얻어진 강철 빌렛의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu: 0.01~0.50%, C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%를 포함하며, Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu는 11.1~12.2%이며, C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb는 0.4~0.8%이며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이며; 이와 유사하게, 전술한 제2 실시형태의 내식성 철근을 제조하기 위한 상기 생산 방법을 사용할 경우,해당 단계에서 얻어진 강철 빌렛의 화학 성분은 제2 실시형태의 철근의 화학 성분과 일치하는데, 즉, 얻어진 강철 빌렛의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu:0.01~0.50%, C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%, 및 V:0.1~0.15%, Ti: 0.01~0.05%, Al: 0.01~0.03%, B: 0.0005~0.0020% 4개 중 임의의 하나 이상을 포함하며, Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu는 11.1~12.2%이며, C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb는 0.4~0.8%이며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이다.
나아가, 상기 전로 제련 공정의 출탕 온도는 1600~1660℃이며, 탈C 및 탈P 효과를 보장하고, 후속 합금화에 유리하다.
상기 AOD로 정제 공정 시, 종합적으로 고려하여, 쇳물에 원가가 낮은 고탄소 크롬 철 합금, 몰리브덴 철 합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 복원 후 슬래그를 제거하며, P 등의 불순물 원소 함량을 줄이며, 망간 합금을 첨가하며, 탈산함과 동시에 예비 합금화를 완료하며, 출탕 전 출탕에 사용되는 주물을 담는 용기는 아르곤 가스로 5min 이상 퍼지하며, 쇳물의 2차 산화를 줄이며, 출탕 과정에서 알루미늄괴 20kg을 쇳물에 첨가하며, 출탕 온도는 1630~1670℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.01%이며, 쇳물 탈탄소 효과 및 생산 리듬을 보장한다.
상기 LF로 정제 공정 시, 쇳물이 LF로의 주물을 담는 용기에 도달한 후, 쇳물 1톤당 석회 13~15kg, 형석 4.0~6.5kg을 첨가하는 방안에 따라 슬래그를 조정하며, 백색 슬래그 유지시간은 ≥8min이며, 소프트 교반 시간은 8~15min이며, 출탕 온도는 1600~1620℃이며, 점차적으로 쇳물의 탈산 탈황을 완성한다.
상기 빌릿 연속 주조 공정 시, LF로 정제 공정의 출탕 쇳물을 연속 주조하여 빌릿으로 제조하고, 그 중 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하여, 쇳물의 침탄을 방지하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 1.2~1.6m/min이며, 연속 주조를 보장한다.
(2) 압연 제어 및 냉각 제어
해당 단계에서, 단계(1)에서 얻어진 강철 빌렛을 열간 연속 압연 공정을 통해 공칭 직경 6~32mm의 철근으로 압연한 후, 온도 제어 냉각 공정을 수행한다. 철근의 공칭 직경에 따라, 해당 단계의 구체적인 공정 방안은 상이하다.
구체적으로, 공칭 직경 12~32mm 철근의 경우, 해당 단계에서, 상기 열간 연속 압연 공정 시, 단계(1)에서 얻어진 강철 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1100~1200℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 합금 원소가 완전히 재용해되어, 합금 원소 강화 효과가 발휘되는 데 유리하며, 그 후 직경이 12~32mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 1000~1100℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며, 오스테나이트 결정립을 일정한 크기로 유지하게 되며; 그 후 상기 온도 제어 냉각 공정 시, 압연된 스트레이트 나사형 철근은 냉상에서 자연 냉각되며, 상부 냉상의 온도는 860~920℃이며, 페라이트 및 펄라이트 후속 크기 및 비율 제어를 보장한다.
공칭 직경 6~10mm 철근의 경우, 해당 단계에서, 상기 열간 연속 압연 공정 시, 단계(1)에서 얻어진 강철 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1080~1130℃이며, 합금 원소가 완전히 재용해되는 데 유리하고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 6~10mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 980~1030℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며, 방사 온도는 830~920℃이며, 오스테나이트 결정립을 일정한 크기로 유지하게 되며; 그 후 상기 온도 제어 냉각 공정 시, 압연된 코일 나사형 철근을 지연형 스톡홀름 방식으로 냉각하며, 롤러 테이블 아래의 송풍기가 전부 꺼지며, 페라이트 및 펄라이트 상변이는 롤러 테이블에서 완료된다.
(3) 포장
단계(2)에서 냉각된 철근을 포장하여, 운송 대기하고 공정 응용에 투입한다.
따라서, 종래 기술에 비교하여, 본 실시형태의 생산 방법은 유익한 효과는 다음과 같다.
(1) 화학 성분의 설계는, 초저탄소 설계를 전제로 Cr, Mo, Mn, Ni, Cu의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계함과 동시에 C, N, Si, Mn, Nb의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계하여, 제조된 철근의 미시적 조직이 페라이트와 베이나이트가 되도록 하며, 이 중 페라이트가 차지하는 비율은 28%~40%이며, 베이나이트가 차지하는 비율은 60%~72%이며, 철근은 우수한 부식 방지 성능, 종합 기계적 성능과 용접 성능을 가지고 있으며, 전체적인 종합 성능이 우수하며, 해양 공학의 사용 수요에 적합하며;
(2) 상기 화학 성분 설계 방안의 경우, 공정 경로가 합리적이며, 특히 압연 제어 및 냉각 제어 중의 공정 제어가 합리적이며, 얻어진 철근의 전반적인 종합 성능을 더욱 최적화하여, 압연 과정에서 균열 결함이 없고, 합금 원소의 원가가 저렴하며, 에너지 절약 및 소비를 줄일 수 있고, 생산 공정의 원가가 절감되며, 실제 생산 가공에 적합하며, 공정 조작이 간편하고 제어가 쉽고, 실제 생산의 작업 조건을 보장하며, 더 높은 사회적 의미와 경제적 효과가 있다.
<제4 실시형태>
본 실시형태는 전술한 제1 실시형태의 내식성 철근의 생산 제조에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 전술한 제2 실시형태의 내식성 철근의 생산 제조에 모두 사용될 수 있는 내식성 철근의 생산 방법을 제공한다.
본 실시형태에서, 상기 생산 방법의 공정 경로는 순서에 따라 진행하는 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정, 빌릿 연속 주조 공정, 열간 연속 압연 공정, 온도 제어 냉각 공정과 포장 공정을 포함한다. 즉, 본 실시형태가 전술한 제3 실시형태와의 차이점은, 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정 및 빌릿 연속 주조 공정, 즉 제강 단계이다. 다음은 해당 제강 단계에 대해서만 본 실시형태의 상기 생산 방법을 자세히 소개한다.
(1) 제강 단계
해당 단계에서, 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하며, 얻어진 쇳물은 상기 빌릿 연속 주조 공정을 이용하여 연속 주조하여 강철 빌렛을 제조한다.
이해할 수 있다 시피, 전술한 제1 실시형태의 내식성 철근을 제조하기 위한 상기 생산 방법을 사용할 경우, 해당 단계에서 얻어진 강철 빌렛의 화학 성분은 제1 실시형태의 철근의 화학 성분과 일치하는데, 즉, 얻어진 강철 빌렛의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu: 0.01~0.50%, C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%를 포함하며, Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu는 11.1~12.2%이며, C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb는 0.4~0.8%이며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이며; 이와 유사하게, 전술한 제2 실시형태의 내식성 철근을 제조하기 위한 상기 생산 방법을 사용할 경우, 해당 단계에서 얻어진 강철 빌렛의 화학 성분은 제2 실시형태의 철근의 화학 성분과 일치하는데, 즉, 얻어진 강철 빌렛의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu:0.01~0.50%,C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%, 및 V:0.1~0.15%, Ti: 0.01~0.05%, Al: 0.01~0.03%, B: 0.0005~0.0020% 4개 중 임의의 하나 이상을 포함하며, Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu는 11.1~12.2%이며, C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb는 0.4~0.8%이며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물이다.
나아가, 상기 전로 제련 공정 시, 출탕 과정에서 쇳물에 마이크로 카본 크롬 철합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 합금 첨가 관점에서 쇳물 중의 C 함량을 최대한 조절하여, 효율을 높이며, 출탕 온도는 1700~1750℃이며, 탈인 효과를 보장하고, 후속 제련을 위해 준비한다.
상기 LF로 정제 공정 시, LF로의 주물을 담는 용기는 80~160L/min의 아르곤 가스 유량으로 전 과정 바닥 블로잉을 진행하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며, 주물을 담는 용기 내의 합금의 용해 및 균일화를 보장하여, 생산 리듬 제어에 유리하다.
상기 RH로 정제 공정 시, RH로를 3분간 진공시킨 후, RH로에 산소를 불어 넣기 시작하고, 불어 넣는 산소 총량은 500~700 Nm3이며, 이어서 마이크로 카본 크롬 철합금을 쇳물에 첨가하여 쇳물을 합금화하며, 단계별로 Cr 합금화를 완료함과 동시에, 쇳물의 침탄을 줄이며, 진공도가 2mbar 미만일 때 5min 이상 정순환 처리하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.015%이며, 탈탄 효과를 보장한다.
상기 빌릿 연속 주조 공정 시, LF로 정제 공정의 출탕 쇳물을 연속 주조하여 빌릿으로 제조하고, 그 중 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 쇳물의 탄소 증가를 방지하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 2.2~2.6m/min이며, 연속 주입에 유리하다.
전술한 바와 같이, 단계(2)의 압연 제어 및 냉각 제어 단계에서, 단계(3)의 포장 공정은 모두 전술한 제3 실시형태와 동일하므로, 더 이상 중복 설명하지 않는다.
따라서, 종래 기술에 비교하여, 본 실시형태의 생산 방법은 유익한 효과는 다음과 같다.
(1) 화학 성분의 설계는, 초저탄소 설계를 전제로 Cr, Mo, Mn, Ni, Cu의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계함과 동시에 C, N, Si, Mn, Nb의 각각의 함량 및 상관 관계를 합리적으로 설계하여, 제조된 철근의 미시적 조직이 페라이트와 베이나이트가 되도록 하며, 이 중 페라이트가 차지하는 비율은 28%~40%이며, 베이나이트가 차지하는 비율은 60%~72%이며, 철근은 우수한 부식 방지 성능, 종합 기계적 성능과 용접 성능을 가지고 있으며, 전체적인 종합 성능이 우수하며, 해양 공학의 사용 수요에 적합하며;
(2) 상기 화학 성분 설계 방안의 경우, 공정 경로가 합리적이며, 특히 압연 제어 및 냉각 제어 중의 공정 제어가 합리적이며, 얻어진 철근의 전반적인 종합 성능을 더욱 최적화하여, 압연 과정에서 균열 결함이 없고, 합금 원소의 원가가 저렴하며, 에너지 절약 및 소비를 줄일 수 있고, 생산 공정의 원가가 절감되며, 실제 생산 가공에 적합하며, 공정 조작이 간편하고 제어가 쉽고, 실제 생산의 작업 조건을 보장하며, 더 높은 사회적 의미와 경제적 효과가 있다.
<제5 실시형태>
본 실시형태는 내식성 철근의 생산 방법을 제공하며, 그 공정 경로는 순서에 따라 진행하는 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정, 빌릿 연속 주조 공정, 열간 연속 압연 공정, 온도 제어 냉각 공정, 온라인 산세 공정과 포장 공정을 포함한다.
본 실시형태에서는, 상기 쇳물 예비 탈황 공정에서 상기 온도 제어 냉각 공정까지 구체적으로 전술한 제3 실시형태로 실시할 수 있고, 전술한 제4 실시형태로 실시할 수도 있는데, 즉, 본 실시형태는 전술한 제3 실시형태 또는 제4 실시형태를 기초로 하여, 포장 공정 전에 온라인 산세 공정을 추가하였으며, 아래 해당 온라인 산세 공정만 소개하고, 나머지는 생략한다.
구체적으로, 상기 온라인 산세 공정에서, 즉 온도 제어 냉각 공정 후 포장 공정 전에, 철근을 순차적으로 산세 탱크, 패시베이션 탱크와 건조 기기를 통과하며, 철근의 온라인 산세를 실현한다. 여기서, 상기 산세 탱크의 분사구는 상기 산세 탱크의 중심선을 둘러싸면서 분포되어, 산세척의 효과를 향상시킨다.
이하, 본 발명을 추가로 설명하기 위해, 본 발명의 실시예 1~16을 제공한다. 아래는 본 발명의 일부 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명의 모든 실시예는 아니며, 전술한 실시형태에 기초하여 수행되는 다른 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않음을 이해할 수 있다.
우선, 실시예 1~16과 비교예 1~4는 모두 철근을 제공하며, 상기 철근의 화학 성분은 표 1과 같다. 여기서, 실시예 12는 본 발명의 전술한 제1 실시형태에 따라 실시되고, 나머지 실시예는 본 발명의 전술한 제2 실시형태에 따라 실시되며, 비교예 1~4는 본 발명의 어느 하나의 실시형태도 만족하지 않는다.
[표 1]
실시예 1~8의 생산 방법은, 순서에 따라 진행되는 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, AOD로 정제 공정, LF로 정제 공정, 빌릿 연속 주조 공정, 열간 연속 압연 공정, 온도 제어 냉각 공정과 온라인 산세 공정를 포함하는 공정 경로를 채택하고, 다음은 각 공정에 대해 소개한다.
(1) 쇳물 예비 탈황 공정: 쇳물을 미리 탈황하며;
(2) 전로 제련 공정: 출탕 온도는 1600~1660℃이며;
(3) AOD로 정제 공정: 쇳물에 고탄소 크롬 철 합금, 몰리브덴 철 합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 복원 후 슬래그를 제거하며, 망간 합금을 첨가하며, 출탕 전 출탕에 사용되는 주물을 담는 용기는 아르곤 가스로 5min 이상 퍼지하며, 출탕 과정에서 알루미늄괴 20kg을 쇳물에 첨가하며, 출탕 온도는 1630~1670℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.010%이며;
(4) LF로 정제 공정: 쇳물이 LF로의 주물을 담는 용기에 도달한 후, 쇳물 1톤당 석회 13~15kg, 형석 4.0~6.5kg을 첨가하는 방안에 따라 슬래그를 조정하며, 백색 슬래그 유지시간은 ≥8min이며, 소프트 교반 시간은 8~15min이며, 출탕 온도는 1600~1620℃이며;
(5) 빌릿 연속 주조 공정: LF로 정제 공정의 출탕 쇳물을 연속 주조하여 빌릿으로 제조하고, 그 중 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 1.2~1.6m/min이며;
(6) 열간 연속 압연 공정: 실시예 1~4에서는, 빌릿을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1100~1200℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 12~32mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 1000~1100℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며; 실시예 5~8에서는, 빌릿을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1080~1130℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 6~10mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 980~1030℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며, 방사 온도는 830~920℃이며;
(7) 온도 제어 냉각 공정: 실시예 1~4에서는, 압연된 스트레이트 나사형 철근은 냉상에서 자연 냉각되며, 상부 냉상의 온도는 860~920℃이며; 실시예 5~8에서는, 압연된 코일 나사형 철근을 지연형 스톡홀름 방식으로 냉각하며, 롤러 테이블 아래의 송풍기가 전부 꺼지며;
(8) 온라인 산세 공정: 철근을 순차적으로 산세 탱크, 패시베이션 탱크와 건조 기기를 통과하며, 철근의 온라인 산세를 실현하되, 여기서, 상기 산세 탱크의 분사구는 상기 산세 탱크의 중심선을 둘러싸면서 분포되고, 그 후에 포장한다.
실시예 9~16의 생산 방법은, 순서에 따라 진행되는 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정, 빌릿 연속 주조 공정, 열간 연속 압연 공정, 온도 제어 냉각 공정과 온라인 산세 공정을 포함하는 공정 경로를 채택하고, 다음은 각 공정에 대해 소개한다.
(1) 쇳물 예비 탈황 공정: 쇳물을 미리 탈황하며, 탈황 후 S는 ≤0.001%이며, 슬래그 제거율은 ≥95%이며;
(2) 전로 제련 공정: 출탕 과정에서 쇳물에 마이크로 카본 크롬 철합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 출탕 온도는 1700~1750℃이며;
(3) LF로 정제 공정: LF로의 주물을 담는 용기는 80~160L/min의 아르곤 가스 유량으로 전 과정 바닥 블로잉을 진행하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며;
(4) RH로 정제 공정: RH로를 3분간 진공시킨 후, RH로에 산소를 불어 넣기 시작하고, 불어 넣는 산소 총량은 500~700Nm3이며, 이어서 마이크로 카본 크롬 철합금을 쇳물에 첨가하여 쇳물을 합금화하며, 진공도가 2mbar 미만일 때 5min 이상 정순환 처리하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.015%이며;
(5) 빌릿 연속 주조 공정: LF로 정제 공정의 출탕 쇳물을 연속 주조하여 빌릿으로 제조하고, 그 중 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 2.2~2.6m/min이며;
(6) 열간 연속 압연 공정: 실시예 9~12에서는, 빌릿을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1100~1200℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 12~32mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 1000~1100℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며; 실시예 13~16에서는, 빌릿을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1080~1130℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 6~10mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 980~1030℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며, 방사 온도는 830~920℃이며;
(7) 온도 제어 냉각 공정: 실시예 9~12에서는, 압연된 스트레이트 나사형 철근은 냉상에서 자연 냉각되며, 상부 냉상의 온도는 860~920℃이며; 실시예 13~16에서는, 압연된 코일 나사형 철근을 지연형 스톡홀름 방식으로 냉각하며, 롤러 테이블 아래의 송풍기가 전부 꺼지며;
(8) 온라인 산세 공정: 철근을 순차적으로 산세 탱크, 패시베이션 탱크와 건조 기기를 통과하며, 철근의 온라인 산세를 실현하되, 여기서, 상기 산세 탱크의 분사구는 상기 산세 탱크의 중심선을 둘러싸면서 분포되고, 그 후에 포장한다.
비교예 1~4에 사용되는 생산 방법은 전통적인 전로 제련, 빌릿 연속 주조, 열간 연속 압연, 냉상 냉각의 공정 경로이며, 여기서, 열간 연속 압연 공정 시, 가열로에서의 가열 온도는 1210~1290℃이며, 열연 온도는 1090~1170℃이며, 상부 냉상의 온도는 ≥1100℃이며, 냉상에서 자연 냉각된다.
실시예 1~16과 비교예 1~4의 철근에 대하여, 동일한 테스트 방법에 따라 샘플링하고 기계적 성능을 검출하며, 각 실시예와 비교예의 기계적 성능은 표 2에 나타낸 바와 같다.
표 2에서 알 수 있다 시피, 실시예 1~16은 기계적 성능 측면에서 비교예 1~4보다 월등히 우수하며, 400MPa급 내진 철근의 요구사항을 만족하고, 항복 강도는 ≥420MPa이며, 인장 강도는 ≥540MPa이며, 절단 후 연신율은 ≥18%이며, 최대력 총 연신율은 ≥7.5%이다.
[표 2]
실시예 1~16과 비교예 1~4의 철근에 대하여, 동일한 방법으로 침지 부식 시험, 염수 분무 부식 시험과 전기 화학적 부식 시험을 실시하며, 테스트 결과는 표 3에 나타낸 바와 같다.
여기서, 사용된 침지 부식 시험의 구체적인 방법은 처리된 시료를 침지 부식 시험함에 넣어, YB/T4367 철근의 염소 이온 환경 부식 시험 방법에 따라 수행하며, 용액은 2.0±0.05(wt%)의 NaCl이며, pH는 6.5~7.2이며, 용액 온도는 45℃±2℃이며, 건조 온도는 70℃±10℃이며, 연속 시험하고 168h에서의 평균 중량 감소 부식 속도를 획득한다.
사용된 염수 분무 부식 시험의 구체적인 방법은 처리된 시료를 염수 분무 시험함에 넣어, GB/T10125 인공 분위기 부식 시험-염수 분무 부식 시험에 따라 수행하며, 용액은 2.0±0.05(wt%)의 NaCl이며, pH는 6.5~7.2이며, 용액 온도는 35℃±2℃이며, 연속 시험하고 168h에서의 평균 중량 감소 부식 속도를 획득한다.
사용된 전기화학적 부식 시험의 구체적인 방법은, 전기화학적 시험은 GB/T24196-2009 “금속과 합금의 부식 전기화학적 시험 방법 정전위와 동전위 극화 측정 지침”에 따라 수행되며, 3전극 체계를 채택하며, 기준 전극은 포화 칼로멜 전극이며, 보조 전극은 백금(Pt) 시트이며, 시험 용액은 염소 이온 농도가 ≥3mol/L인 모의 콘크리트 간극 유체이며; 분극 곡선 테스트 스캐닝 범위는 시료 자체 부식 전위는 -300~600mV이며, 스캐닝 주파수는 1mV/s이며, 전기 화학적 임피던스 테스트 스캐닝 주파수 범위는 10-2~105Hz이며, 교류 여기 신호 진폭은 ±5mV이다.
[표 3]
표 3에서 알 수 있다 시피, 실시예 1~16은 비교예 1~4보다 내식 성능 측면에서는 월등히 우수하며, 침지 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.05~0.1g/(m2·h)이며; 염수 분무 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.01~0.04g/(m2·h)이며, 부식 방지 성능은 일반 HRB400에 비해 45배 이상 향상되며; 전기 화학적 부식 시험에서, 염소 이온 농도가 ≥3mol/L인 모의 콘크리트 간극 유체에서, 상기 철근의 자체 부식 전위는 -0.1~-0.15V이며, 일반 HRB400에 비해 정이동폭이 0.4V를 초과하며; 상기 철근의 분극 저항은 2500~3000kΩ/cm2이며, 일반 HRB400보다 훨씬 높으며; 상기 철근의 자체 부식 전류 밀도는 ≤0.13μA/cm2이며, 일반 HRB400의 1/65 또는 그 이하에 해당한다.
또한, 실시예 1~16의 철근에 대해서는 샘플링하여, 개재물 검출과 미시적 조직 검출을 실시하며, GB/T10561 표준에 따른 A유형, B유형, C유형, D유형 개재물은 모두 ≤1.0급이며, 미시적 조직은 페라이트와 베이나이트이며, 이 중 페라이트가 차지하는 비율은 28%~40%이며, 베이나이트가 차지하는 비율은 60%~72%이다.
이 밖에, 실시예 1~16의 철근에 대해서는 각각 샘플링하여 전기 슬래그 압력 용접으로 용접 시험을 진행하고, 용접 시료는 GBT228.1-2010 금속재료 인장 시험 1부의 실온 시험 방법 표준에 따라 인장 시험을 진행하며, 인장 시험에서의 용접 시료의 절단점은 용접점 위치가 아닌 철근 모재에 형성되며, 얻어진 철근의 용접 성능이 우수함을 알 수 있다.

Claims (20)

  1. 400MPa급 내식성 철근에 있어서,
    상기 철근의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu: 0.01~0.5%, C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%를 포함하고, Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu는 11.1~12.2%이며, C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb는 0.4~0.8%이며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 철근의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, V: 0.1~0.15%, Ti: 0.01~0.05%, Al: 0.01~0.03%, B: 0.0005~0.0020% 중 임의의 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 철근의 미시적 조직은 페라이트와 베이나이트이며, 이 중 페라이트가 차지하는 비율은 28%~40%인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 철근은 GB/T10561 표준에 따른 A유형, B유형, C유형, D유형 개재물은 모두 ≤1.0급인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 철근의 항복 강도는 ≥420MPa이며, 인장 강도는 ≥540MPa이며, 절단 후 연신율은 ≥18%이며, 최대력 총 연신율은 ≥7.5%인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 철근의 공칭 직경은 6~32mm인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 철근의 공칭 직경이 6~10mm일 때, 상기 철근은 코일형 철근으로 설정되며; 상기 철근의 공칭 직경이 12~32mm일 때, 상기 철근은 직선형 철근으로 설정되는 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  8. 제1항에 있어서,
    침지 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.05~0.1g/(m2·h)이며; 염수 분무 부식 시험에서, 상기 철근의 평균 중량 감소 부식 속도는 0.01~0.04g/(m2·h)이며;
    염소 이온 농도가 ≥3mol/L인 모의 콘크리트 간극 유체에서, 상기 철근의 자체 부식 전위는 -0.1~-0.15V이며, 분극 저항은 2500~3000kΩ/cm2이며, 자체 부식 전류 밀도는 ≤0.13μA/cm2인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 철근은 공정 경로 1과 공정 경로 2를 채택하여 모두 제조될 수 있으며;
    상기 공정 경로 1은 순차적으로 진행되는 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, AOD로 정제 공정, LF로 정제 공정, 빌릿 연속 주조 공정, 열간 연속 압연 공정 및 온도 제어 냉각 공정을 포함하며;
    상기 공정 경로 2는 순차적으로 진행되는 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정, 빌릿 연속 주조 공정, 열간 연속 압연 공정 및 온도 제어 냉각 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공정 경로 1에서,
    상기 전로 제련 공정의 출탕 온도는 1600~1660℃이며;
    상기 AOD로 정제 공정 시, 쇳물에 고탄소 크롬 철 합금, 몰리브덴 철 합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 복원 후 슬래그를 제거하며, 망간 합금을 첨가하며, 출탕 전 출탕에 사용되는 주물을 담는 용기는 아르곤 가스로 5min 이상 퍼지하며, 출탕 과정에서 알루미늄괴 20kg을 쇳물에 첨가하며, 출탕 온도는 1630~1670℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.010%이며;
    상기 LF로 정제 공정 시, 쇳물이 LF로의 주물을 담는 용기에 도달한 후, 쇳물 1톤당 석회 13~15kg, 형석 4.0~6.5kg을 첨가하는 방안에 따라 슬래그를 조정하며, 백색 슬래그 유지시간은 ≥8min이며, 소프트 교반 시간은 8~15min이며, 출탕 온도는 1600~1620℃이며;
    상기 빌릿 연속 주조 공정 시, 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 1.2~1.6m/min인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 공정 경로 2에서,
    상기 전로 제련 공정 시, 출탕 과정에서 쇳물에 마이크로 카본 크롬 철합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 출탕 온도는 1700~1750℃이며;
    상기 LF로 정제 공정 시, LF로의 주물을 담는 용기는 80~160L/min의 아르곤 가스 유량으로 전 과정 바닥 블로잉을 진행하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며;
    상기 RH로 정제 공정 시, RH로를 3분간 진공시킨 후, RH로에 산소를 불어 넣기 시작하고, 불어 넣는 산소 총량은 500~700Nm3이며, 이어서 마이크로 카본 크롬 철합금을 쇳물에 첨가하여 쇳물을 합금화하며, 진공도가 2mbar 미만일 때 5min 이상 정순환 처리하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.015%이며;
    상기 빌릿 연속 주조 공정 시, 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 2.2~2.6m/min인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 공정 경로 1과 상기 공정 경로 2는 모두,
    상기 열간 연속 압연 공정 시, 연속 주조 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1100~1200℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 12~32mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 1000~1100℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며;
    상기 온도 제어 냉각 공정 시, 압연된 스트레이트 나사형 철근은 냉상에서 자연 냉각되며, 상부 냉상의 온도는 860~920℃인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 공정 경로 1과 상기 공정 경로 2는 모두,
    상기 열간 연속 압연 공정 시, 연속 주조 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1080~1130℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 6~10mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 980~1030℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며, 방사 온도는 830~920℃인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 공정 경로 1과 상기 공정 경로 2는 모두 상기 온도 제어 냉각 공정 후에 순차적으로 진행되는 온라인 산세 공정, 포장 공정을 포함하며;
    상기 온라인 산세 공정에서, 철근을 순차적으로 산세 탱크, 패시베이션 탱크와 건조 기기를 통과하며, 상기 산세 탱크의 분사구는 상기 산세 탱크의 중심선을 둘러싸면서 분포되는 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 두개의 철근이 전기 슬래그 압력 용접을 사용하여 용접 시료로 연결될 경우, 인장 시험에서의 얻어진 용접 시료의 절단점은 상기 두개의 철근의 모재에 형성되는 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근.
  16. 400MPa급 내식성 철근의 생산 방법에 있어서,
    (1) 제강
    쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, AOD로 정제 공정, LF로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하거나, 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하며, 얻어진 쇳물을 연속 주조하여 강철 빌렛을 제조하며, 상기 강철 빌렛의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, Cr: 9.5~10.4%, Mo: 1.0~1.2%, Mn: 0.3~0.6%, Ni: 0.01~1.00%, Cu: 0.01~0.5%, C≤0.014%, N≤0.004%, Nb: 0.01~0.05%, Si: 0.2~0.6%, S≤0.004%, O≤0.003%, As≤0.01%, P: 0.01~0.03%를 포함하고, Cr+Mo+0.5Mn+0.35Ni+0.25Cu는 11.1~12.2%이며, C+N+0.3Si+Mn+1.8Nb는 0.4~0.8%이며, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물인 단계;
    (2) 압연 제어 및 냉각 제어
    단계(1)에서 얻어진 강철 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1100~1200℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 12~32mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 1000~1100℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며; 그 후 압연된 스트레이트 나사형 철근은 냉상에서 자연 냉각되며, 상부 냉상의 온도는 860~920℃이며;
    또는, 단계(1)에서 얻어진 강철 빌렛을 가열로에서 가열하며, 가열 온도는 1080~1130℃이고, 화로에 있는 시간은 60~120min이며, 그 후 직경이 6~10mm의 스트레이트 나사형 철근으로 압연하며, 압연 온도는 980~1030℃이며, 마감 압연 온도는 850~950℃이며, 방사 온도는 830~920℃이며; 그 후 압연된 코일 나사형 철근을 스톡홀름으로 냉각하며, 롤러 테이블 아래의 송풍기가 모두 꺼지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근의 생산 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    단계(1)에서, 상기 강철 빌렛의 화학 성분은 질량 백분율로 계산하여, V: 0.1~0.15%, Ti: 0.01~0.05%, Al: 0.01~0.03%, B: 0.0005~0.0020% 중 임의의 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근의 생산 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    단계(1)에서, 쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, AOD로 정제 공정, LF로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하면, 상기 전로 제련 공정의 출탕 온도는 1600-1660℃이며; 상기 AOD로 정제 공정 시, 쇳물에 고탄소 크롬 철 합금, 몰리브덴 철 합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 복원 후 슬래그를 제거하며, 망간 합금을 첨가하며, 출탕 전 출탕에 사용되는 주물을 담는 용기는 아르곤 가스로 5min 이상 퍼지하며, 출탕 과정에서 알루미늄괴 20kg을 쇳물에 첨가하며, 출탕 온도는 1630~1670℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.01%이며; 상기 LF로 정제 공정 시, 쇳물이 LF로의 주물을 담는 용기에 도달한 후, 쇳물 1톤당 석회 13~15kg, 형석 4.0~6.5kg을 첨가하는 방안에 따라 슬래그를 조정하며, 백색 슬래그 유지시간은 ≥8min이며, 소프트 교반 시간은 8~15min이며, 출탕 온도는 1600~1620℃이며; 빌릿 연속 주조 공정 시, 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 1.2~1.6m/min이며;
    쇳물 예비 탈황 공정, 전로 제련 공정, LF로 정제 공정, RH로 정제 공정을 순차적으로 사용하여 쇳물 제련을 진행하면, 상기 전로 제련 공정 시, 출탕 과정에서 쇳물에 마이크로 카본 크롬 철합금을 첨가하여 쇳물의 예비 합금화를 진행하며, 출탕 온도는 1700~1750℃이며; 상기 LF로 정제 공정 시, LF로의 주물을 담는 용기는 80~160L/min의 아르곤 가스 유량으로 전 과정 바닥 블로잉을 진행하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며; 상기 RH로 정제 공정 시, RH로를 3분간 진공시킨 후, RH로에 산소를 불어 넣기 시작하고, 불어 넣는 산소 총량은 500~700Nm3이며, 이어서 마이크로 카본 크롬 철합금을 쇳물에 첨가하여 쇳물을 합금화하며, 진공도가 2mbar 미만일 때 5min 이상 정순환 처리하며, 출탕 온도는 1560~1600℃이며, 출탕의 C 함량은 ≤0.015%이며; 빌릿 연속 주조 공정 시, 무탄소 보호 슬래그 또는 초저탄소 보호 슬래그를 사용하며, 연속 주조 온도는 1520~1560℃이며, 연속 주조 과정 중 인장 속도는 2.2~2.6m/min인 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근의 생산 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    (3) 온라인 산세
    단계(2)에서 얻어진 철근을 순차적으로 산세 탱크, 패시베이션 탱크와 건조 기기를 통과하여, 온라인 산세를 진행하며, 상기 산세 탱크의 분사구는 상기 산세 탱크의 중심선을 둘러싸면서 분포되며; 철근이 상기 건조 기기를 떠난 후에 포장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근의 생산 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 생산 방법에 의해 제조된 2개의 철근이 전기 슬래그 압력 용접을 사용하여 용접 시료로 연결될 경우, 인장 시험에서의 얻어진 용접 시료의 절단점은 상기 두개의 철근의 모재에 형성되는 것을 특징으로 하는 400MPa급 내식성 철근의 생산 방법.















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