KR20240059855A - 초고강도 철근 및 이의 제조방법 - Google Patents
초고강도 철근 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240059855A KR20240059855A KR1020220140844A KR20220140844A KR20240059855A KR 20240059855 A KR20240059855 A KR 20240059855A KR 1020220140844 A KR1020220140844 A KR 1020220140844A KR 20220140844 A KR20220140844 A KR 20220140844A KR 20240059855 A KR20240059855 A KR 20240059855A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- less
- high strength
- rebar
- ultra
- manufacturing
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 18
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 35
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims abstract description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 14
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 13
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 28
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 23
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 21
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 19
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 18
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 4
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- VAKIVKMUBMZANL-UHFFFAOYSA-N iron phosphide Chemical compound P.[Fe].[Fe].[Fe] VAKIVKMUBMZANL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical compound [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000915 Free machining steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000010622 cold drawing Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- GNVXPFBEZCSHQZ-UHFFFAOYSA-N iron(2+);sulfide Chemical compound [S-2].[Fe+2] GNVXPFBEZCSHQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenemanganese Chemical compound [Mn]=S CADICXFYUNYKGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
- C21D1/60—Aqueous agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/021—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips involving a particular fabrication or treatment of ingot or slab
- C21D8/0215—Rapid solidification; Thin strip casting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
- C21D8/0226—Hot rolling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/20—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 초고강도 철근은, 탄소(C) 0.18~0.25wt%, 규소(Si) 1.5~3.0wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt%, 인(P) 0.04wt% 이하, 황(S) 0.04wt% 이하, 나머지 철(Fe)과 기타 합금원소 및 기타 불순물을 포함하며, 열간압연 후 냉각됨에 따라 1GPa 이상의 항복강도를 가진다.
Description
본 발명은 초고강도 철근 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 전 세계적으로 건축 구조물의 고층화 및 장대화가 이루어지고 있으며, 이에 따라 이전보다 높은 강도를 가지는 강재가 요구되고 있는 상황이다.
그 중에서도 철근의 경우, 종래에는 항복강도 500MPa급의 철근이 요구되었던 것에 반해, 최근에는 항복강도 600~700MPa급의 철근까지 요구되고 있으며, 더 나아가 향후에는 항복강도 1.0GPa급 이상의 철근에 대한 수요도 예상되고 있다.
이러한 고강도 철근을 제조하기 위해, 현재는 소성 변형능 증대를 위한 바나듐(V), 나이오븀(Nb) 등의 합금성분을 첨가하여 강도를 향상시키는 방법을 사용하고 있다.
다만, 이와 같은 고가의 합금성분들을 투입하여 제조한 철근은 제조 원가의 상승을 초래하게 된다. 따라서 이와 같은 고가의 합금성분을 적용하지 않고도 높은 강도를 가지는 철근을 제조하는 방안이 요구되고 있는 상황이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 고가의 합금성분을 첨가하는 것을 배제하면서도 철근의 항복강도를 효과적으로 향상시킬 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초고강도 철근은, 탄소(C) 0.18~0.25wt%, 규소(Si) 1.5~3.0wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt%, 인(P) 0.04wt% 이하, 황(S) 0.04wt% 이하, 나머지 철(Fe)과 기타 합금원소 및 기타 불순물을 포함하며, 열간압연 후 냉각됨에 따라 1GPa 이상의 항복강도를 가진다.
또한, 초고강도 철근의 TS/YS 비는 1.25 이상일 수 있다.
그리고 상기 기타 합금원소는, 알루미늄(Al) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 0.1wt% 이하, 몰리브데넘(Mo) 0.1wt% 이하, 크롬(Cr) 0.5wt% 이하, 구리(Cu) 0.5wt% 이하, 나이오븀(Nb) 0.05wt% 이하, 질소(N) 0.015wt% 이하를 포함할 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초고강도 철근 제조방법은, 탄소(C) 0.18~0.25wt%, 규소(Si) 1.5~3.0wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt%, 인(P) 0.04wt% 이하, 황(S) 0.04wt% 이하, 나머지 철(Fe)과 기타 합금원소 및 기타 불순물로 조성되는 강재를 가열하는 재가열 단계, 재가열된 상기 강재를 압연하는 열간압연단계 및 상기 열간압연단계에 의해 압연된 강재를 냉각시키는 냉각단계를 포함하여, 1GPa 이상의 항복강도를 가지는 철근을 제조하게된다.
이때 상기 기타 합금원소는, 알루미늄(Al) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 0.1wt% 이하, 몰리브데넘(Mo) 0.1wt% 이하, 크롬(Cr) 0.5wt% 이하, 구리(Cu) 0.5wt% 이하, 나이오븀(Nb) 0.05wt% 이하, 질소(N) 0.015wt% 이하를 포함할 수 있다.
그리고 상기 열간압연단계는, 시작온도가 1000~1200℃ 범위로 제어되며, 종료온도는 850~1000℃ 범위에서 제어될 수 있다.
또한 상기 냉각단계는, 상기 열간압연단계에 의해 압연된 철근을 수냉설비를 통해 냉각할 수 있다.
여기서 상기 수냉설비로는 템프코어가 적용될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초고강도 철근 및 이의 제조방법은, 바나듐(V), 나이오븀(Nb) 등과 같은 고가의 합금원소를 배제하거나 또는 함량을 낮춰 제조 원가를 최소화할 수 있으면서도, 철근의 항복강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 철근 제조방법의 각 과정을 나타낸 도면;
도 2는 비교예의 철근 조직을 촬영한 사진; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 철근의 조직을 촬영한 사진이다.
도 2는 비교예의 철근 조직을 촬영한 사진; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 철근의 조직을 촬영한 사진이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
철근의 조성
본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 철근은 탄소(C) 0.18~0.25wt%, 규소(Si) 1.5~3.0wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt%, 인(P) 0~0.04wt%, 황(S) 0~0.04wt%, 나머지 철(Fe)과 기타 합금원소 및 기타 불순물을 포함하며, 열간압연 후 냉각됨에 따라 1GPa 이상의 항복강도를 가지고, 또한 TS/YS 비가 1.25 이상일 수 있다. 여기서 TS란 인장강도를 의미하고 YS란 항복강도를 의미할 수 있다.
이처럼 본 발명의 초고강도 철근은, 바나듐(V), 나이오븀(Nb) 등과 같은 고가의 합금원소를 배제하거나 또는 함량을 낮춰 제조 원가를 최소화할 수 있으면서도, 철근의 항복강도를 1GPa 이상으로 향상시킬 수 있는 장점을 가진다. 특히 본 발명은 종래의 철근과 비교하여 동일한 냉각조건에서 항복강도를 약 300MPa가량 향상시킬 수 있으며, 내진 성능에서 중요한 TS/YS비를 보다 높게 확보할 수 있는 장점을 가진다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 철근에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하도록 한다.
탄소(C): 0.18~0.25wt%
탄소(C)는 강의 강도를 높이는데 가장 효과적이고 중요한 원소이며 오스테나이트에 고용되어 담금질시 마르텐사이트조직을 형성시키게 된다.
이와 같은 탄소량의 증가는 담금질 경도를 향상시키나, 담금질 시 변형이나 강재의 연신율 및 저온인성의 저하를 유발할 수 있다.
이에 따라 본 발명에서는 탄소의 함량을 0.18~0.25wt%로 제어할 수 있다.
규소(Si): 1.5~3.0wt%
규소(Si) 는 강력한 탈산제로써 용강의 청정도 향상에 도움을 주며, 페라이트 안정화 원소이며 고용강화 원소로 작용되어 강재의 강도 향상에 사용된다. 즉, 본 발명에서는 강도 향상에 효과적인 탄소와 망간의 함량을 낮게 하면서도, 규소의 함량을 높여 항복강도를 향상시킬 수 있다.
이에 따라 본 실시예에서는 함량을 1.5~3.0wt% 범위로 제어할 수 있으며, 바람직하게는 2.5~3.0wt% 이상으로 제어할 수 있다.
망간(Mn): 1.0~1.5wt%
망간(Mn)은 일반적으로 강 중에는 보통 0.35~1.0wt%가 함유되어 있다.
이와 같은 망간은 강의 내산성과 내산화성을 저해하지만, 펄라이트가 미세해지고 페라이트를 고용강화시킴으로써 항복강도를 향상시키고, 담금질 시 경화 깊이를 증가시킨다.
또한 오스테나이트 안정화 원소로 1.4~2.0wt%까지 첨가 시 침상페라이트 및 베이나이트 형성에 유리하다. 또한 강에 점성을 부여하기 때문에 1.0~1.5wt%의 망간이 첨가된 강을 강인강(强靭鋼)이라고 부른다.
본 실시예에서는 망간의 함량을 1.0~1.5wt% 범위로 첨가하여 강도 향상에 유리한 미세조직 형성을 제어할 수 있으며, 바람직하게는 1.0~1.4wt% 범위로 첨가할 수 있다.
인(P): 0.04wt% 이하
인(P)은 강 중에 균일하게 분포되어 있으면 별다른 문제가 되지 않으나, 일반적으로 인화철(Fe3P)의 해로운 화합물을 형성할 수 있다,
이와 같은 인화철은 극히 취약하고 편석되어 있어 풀림처리를 해도 균질화되지 않고, 단조, 압연 등 가공 시 길게 늘어난다.
또한 충격저항을 저하시키고 뜨임취성을 촉진하나, 쾌삭강에서는 피삭성을 개선시킬 수 있다.
다만, 인은 일반적으로 강에 해로운 원소이므로 함량을 0.04wt%이하로 제어할 수 있다.
황(S) 0.04wt% 이하
황(S)은 망간(Mn), 아연(Zn), 타이타늄(Ti), 몰디브데넘(Mo) 등과 결합하여 강의 피삭성을 개선시키며, 망간과 결합하여 황화망간(MnS) 개재물을 형성한다.
강 중에 망간의 양이 충분하지 못할 경우, 황은 철(Fe)과 결합하여 황화철(FeS)을 형성한다. 이와 같은 황화철은 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간 및 냉간가공시에 균열을 일으킬 수 있다.
본 실시예에서는 연신율 향상을 위해 황의 함량을 0.04wt%이하로 제어할 수 있다.
기타 합금원소 및 기타 불순물
본 실시예의 초고강도 철근은 상술한 각 성분 외에 나머지 질량%를 구성하는 철(Fe), 기타 합금원소 및 기타 불순물로 조성된다.
여기서 기타 합금원소는, 알루미늄(Al) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 0.1wt% 이하, 몰리브데넘(Mo) 0.1wt% 이하, 크롬(Cr) 0.5wt% 이하, 구리(Cu) 0.5wt% 이하, 나이오븀(Nb) 0.05wt% 이하, 질소(N) 0.015wt% 이하를 포함할 수 있다.
알루미늄(Al)은 탈산 작용을 갖는 원소이다. 또한 알루미늄은 질소(N)와 결합하여 질화알루미늄(AlN)을 형성하고, 그 피닝 효과에 의해 열간 압연 시 오스테나이트 입자를 미세화하는 작용을 갖는 원소이다.
이와 같은 알루미늄의 함유량이 0.03wt％를 초과하면, 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 조대한 질화알루미늄이 생성되어 냉간 가공성이 저하될 수 있다.
이를 고려하여 본 실시예에서 알루미늄의 함량은 0.03wt% 이하로 제어할 수 있다.
니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 특히 니켈은 저온 충격인성을 향상시키는데 효과적인 원소이므로, 가공성을 향상시킬 수 있다.
니켈의 함량이 0.1wt%를 초과할 경우에는 성형 시 표면에 균열을 유발시켜 표면 품질을 저하시킬 수 있으며, 최종제품에 취성이 발생할 수 있다.
이를 고려하여 본 실시예에서 니켈의 함량은 0.1wt% 이하로 제어하였다.
몰리브데넘(Mo)은 베이나이트 조직 형성을 촉진하고, 강의 강도 향상에 기여한다. 다만, 몰리브데넘의 첨가량이 0.35wt%를 초과하는 경우 합금 원가가 증가하며, 강도와 연신율의 균형이 깨지는 문제가 발생할 수 있다.
이를 고려하여 본 실시예에서 몰리브네덤의 함량은 0.1wt% 이하로 제어할 수 있다.
크롬(Cr)은 페라이트를 안정화하여 강재의 연신율을 향상시키며, 강재의 경화능 및 강도 향상에 기여하는 원소이다. 또한 크롬은 최종 제품의 영구변형 저항성을 향상시키는 데 중요한 작용을 한다.
크롬의 첨가량이 0.50wt%를 초과하는 경우, 부식피트가 과도하게 발생할 수 있으며, 강도와 연성의 균형이 깨질 수 있다.
이를 고려하여 본 실시예에서 크롬의 함량은 0.5wt% 이하로 제어할 수 있다.
구리(Cu)는 강재의 강도 상승 및 인성 개선에 유효한 원소이다. 또한 구리는 규소 및 망간과 함께 일정한 함량 조절을 통해 강재의 고용 강화 효과에 기여한다.
이를 고려하여 본 실시예에서 구리의 함량은 0.5wt% 이하로 제어할 수 있다.
나이오븀(Nb)는 소량 첨가될 경우 페라이드 생성을 억제하며, 결정 입자를 미세화하고 인성 향상에 기여한다.
이를 고려하여 본 실시예에서 나이오븀의 함량은 0.5wt% 이하로 제어할 수 있다.
질소(N)는 질화물을 형성하여 오스테나이트 결정입도를 세립화하고, 강재의 강도 및 저온인성을 향상시킬 수 있으며, 강재의 냉간 성형성을 향상시키면서도 냉간인발 이후의 강도를 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.
이를 고려하여 질소의 함량은 0.015wt% 이하로 제어할 수 있다.
철근의 제조방법
본 발명의 일 실시예에 의한 철근의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 재가열단계, 열간압연단계 및 냉각단계를 포함할 수 있다.
재가열단계는, 탄소(C) 0.18~0.25wt%, 규소(Si) 1.5~3.0wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt%, 인(P) 0.04wt% 이하, 황(S) 0.04wt% 이하, 나머지 철(Fe)과 기타 합금원소 및 기타 불순물로 조성되는 강재를 가열하는 단계이다.
여기서 알루미늄(Al) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 0.1wt% 이하, 몰리브데넘(Mo) 0.1wt% 이하, 크롬(Cr) 0.5wt% 이하, 구리(Cu) 0.5wt%이하, 나이오븀(Nb) 0.05wt% 이하, 질소(N) 0.015wt%이하를 포함할 수 잇다.
또한 본 실시예에서 열간압연단계는 압연 시작온도를 1000~1200℃ 범위로 제어하였으며, 압연종료온도는 850~1000℃ 범위로 제어하였다.
냉각단계는 열간압연단계에 의해 압연된 철근을 냉각시키는 단계로서, 수냉 설비를 적용하여 이루어질 수 있다.
예컨대 냉각단계에서 적용되는 수냉설비로는 템프코어(Temp Core)가 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
실험예
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
| 구분 | 화학성분(wt%) | ||||||
| C | Si | Mn | P | S | V | N,ppm | |
| 비교예 | 0.33 | 0.30 | 1.43 | 0.015 | 0.015 | 0.115 | 100 |
| 실시예 | 0.21 | 2.53 | 1.21 | 0.015 | 0.015 | - | 100 |
| 구분 | 냉각시간 (초) |
재질 평가 결과 | 비고 | |||
| TS, Mpa | YS, MPa | EL, % | TS/YS | |||
| 비교예 | 0 | 857 | 596 | 13.9 | 1.43 | |
| 1 | 851 | 586 | 13.9 | 1.45 | ||
| 5 | 837 | 715 | 9 | 1.17 | ||
| 실시예 | 0 | 999 | 511 | 16.4 | 1.95 | |
| 1 | 1240 | 743 | 11.6 | 1.66 | ||
| 5 | 1590 | 1002 | 7.9 | 1.59 | YS 1GPa급 | |
(TS: 인장강도, YS: 항복강도, EL: 연신율)
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초고강도 철근은 탄소(C) 0.21wt%, 규소(Si) 2.53wt%, 망간(Mn) 1.21wt%, 인(P) 0.015wt%, 황(S) 0.015wt%의 성분과 더불어 100ppm의 질소(N)를 포함하는 것으로 하였다.
그리고 종래 기술에 따른 철근으로서, 비교예는 탄소(C) 0.33wt%, 규소(Si) 0.30wt%, 망간(Mn) 1.43wt%, 인(P) 0.015wt%, 황(S) 0.015wt%의 성분과 더불어 100ppm의 질소(N)를 포함하는 것으로 하였으며, 추가적으로 바나듐(V)이 0.115wt% 포함된다.
한편, 표 1의 비교예, 실험예에서 기재되지 않은 원소인 알루미늄(Al)은 0.03wt% 이하, 니켈(Ni)은 0.1wt% 이하, 나이오븀(Nb)는 0.05wt% 이하, 몰리브데넘(Mo)은 0.1wt% 이하, 크롬(Cr)은 0.5wt% 이하, 구리(Cu)는 0.5wt% 이하로 비교예와 실시예에서 동일하게 포함될 수 있다.
그리고 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예는 비교예 대비 항복강도가 우수한 것을 확인할 수 있으며, 특히 동일한 냉각조건(1초~5초)에서 항복강도(YS)가 약 300MPa 이상 향상되며, 5초 동안 냉각한 경우 항복강도가 1GPa 이상으로 확보될 수 있다. 특히 탄소(C)와 망간(Mn)의 경우 강도 향상에 기여하는 원소이나, 실험예에서는 탄소(C), 망간(Mn)의 함량을 낮추었음에도 불구하고 규소(Si) 함량을 높임으로써 인장강도 및 항복강도의 향상 효과를 확인할 수 있다.
상세하게는 비교예에서 5초 동안 냉각을 진행한 경우를 살펴보면, 인장강도는 837MPa, 항복강도는 715MPa이며, 실험예의 인장강도 1590MPa, 항복강도 1002MPa에 비해 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다.
이와 더불어, 본 발명의 실시예는 내진 성능에서 중요한 TS/YS비가 비교예에 대비하여 높은 수치로 확보되는 것을 확인할 수 있다. 상세하게는 실시예의 경우 TS/YS비가 1.59이나, 비교예의 경우 1.17로 목표하는 1.25에 미달하는 것을 확인할 수 있다.
한편 도 2는 비교예의 철근 조직을 촬영한 사진이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 철근의 조직을 촬영한 사진이다.
도 3에 나타난 본 발명의 실시예는 도 2에 나타난 비교예에 비해 조직이 보다 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 실시예가 종래 대비 우수한 항복강도를 발현할 수 있음을 이해할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
Claims (8)
- 탄소(C) 0.18~0.25wt%, 규소(Si) 1.5~3.0wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt%, 인(P) 0.04wt% 이하, 황(S) 0.04wt% 이하, 나머지 철(Fe)과 기타 합금원소 및 기타 불순물을 포함하며,
열간압연 후 냉각됨에 따라 1GPa 이상의 항복강도를 가지는,
초고강도 철근. - 제1항에 있어서,
TS/YS 비는 1.25 이상인
초고강도 철근. - 제1항에 있어서,
상기 기타 합금원소는,
알루미늄(Al) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 0.1wt% 이하, 몰리브데넘(Mo) 0.1wt% 이하, 크롬(Cr) 0.5wt% 이하, 구리(Cu) 0.5wt% 이하 나이오븀(Nb) 0.05wt% 이하, 질소(N) 0.015wt% 이하를 포함하는,
초고강도 철근. - 탄소(C) 0.18~0.25wt%, 규소(Si) 1.5~3.0wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt%, 인(P) 0.04wt% 이하, 황(S) 0.04wt% 이하, 나머지 철(Fe)과 기타 합금원소 및 기타 불순물로 조성되는 강재를 가열하는 재가열단계;
재가열된 상기 강재를 압연하는 열간압연단계; 및
상기 열간압연단계에 의해 압연된 강재를 냉각시키는 냉각단계;
를 포함하여,
1GPa 이상의 항복강도를 가지는 철근을 제조하는,
초고강도 철근의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 기타 합금원소는,
알루미늄(Al) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 0.1wt% 이하, 몰리브데넘(Mo) 0.1wt% 이하, 크롬(Cr) 0.5wt% 이하, 구리(Cu) 0.5wt%이하, 나이오븀(Nb) 0.05wt% 이하, 질소(N) 0.015wt%이하를 포함하는,
초고강도 철근의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 열간압연단계는,
시작온도가 1000~1200℃ 범위로 제어되며, 종료온도는 850~1000℃ 범위에서 제어되는,
초고강도 철근의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 냉각단계는,
상기 열간압연단계에 의해 압연된 철근을 수냉설비를 통해 냉각하는,
초고강도 철근의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 수냉설비로는 템프코어가 적용되는,
초고강도 철근의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220140844A KR20240059855A (ko) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 초고강도 철근 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220140844A KR20240059855A (ko) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 초고강도 철근 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240059855A true KR20240059855A (ko) | 2024-05-08 |
Family
ID=91074415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220140844A KR20240059855A (ko) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 초고강도 철근 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240059855A (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160113083A (ko) | 2016-09-19 | 2016-09-28 | 한국기계연구원 | 용접부 물성이 우수한 오스테나이트계 경량 고강도 강재 제조 방법 |
| KR20200032866A (ko) | 2018-09-19 | 2020-03-27 | 현대제철 주식회사 | 저온 충격인성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법 |
| KR102103382B1 (ko) | 2018-10-29 | 2020-04-22 | 주식회사 포스코 | 강재 및 그 제조방법 |
-
2022
- 2022-10-28 KR KR1020220140844A patent/KR20240059855A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160113083A (ko) | 2016-09-19 | 2016-09-28 | 한국기계연구원 | 용접부 물성이 우수한 오스테나이트계 경량 고강도 강재 제조 방법 |
| KR20200032866A (ko) | 2018-09-19 | 2020-03-27 | 현대제철 주식회사 | 저온 충격인성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법 |
| KR102103382B1 (ko) | 2018-10-29 | 2020-04-22 | 주식회사 포스코 | 강재 및 그 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101828713B1 (ko) | 철근 및 이의 제조 방법 | |
| KR101978074B1 (ko) | 고강도 강재 및 그 제조방법 | |
| KR102164112B1 (ko) | 연성 및 저온 인성이 우수한 고강도 강재 및 이의 제조방법 | |
| KR101546154B1 (ko) | 유정용 강관 및 그 제조 방법 | |
| KR20200021668A (ko) | 인성 및 부식피로특성이 향상된 스프링용 선재, 강선 및 이들의 제조방법 | |
| KR20240059855A (ko) | 초고강도 철근 및 이의 제조방법 | |
| KR102174416B1 (ko) | 강도 및 충격인성이 우수한 냉간압조용 저탄소 베이나이트 비조질강 및 그 제조 방법 | |
| KR102100059B1 (ko) | 철근 및 그 제조방법 | |
| KR20220097722A (ko) | 냉간단조용 비조질강 및 그 제조방법 | |
| KR101424212B1 (ko) | 고강도 충격특성이 우수한 차량용 스티어링 랙바용 비조질강 | |
| CN114080466A (zh) | 钢筋及其制造方法 | |
| KR101149249B1 (ko) | 조질탄소강급 Ｖ-Ｆｒｅｅ비조질강의 제조방법 | |
| KR101140911B1 (ko) | 조질합금강급 Ｖ-Ｆｒｅｅ비조질강의 제조방법 | |
| EP4063531A1 (en) | Wire rod for ultra-high strength spring, steel wire and manufacturing method thereof | |
| KR102559764B1 (ko) | 고강도 h형강 및 그 제조방법 | |
| KR102674148B1 (ko) | H형강 및 그 제조 방법 | |
| KR102445781B1 (ko) | 냉간압조용 고강도 선재 제조방법 | |
| KR102427046B1 (ko) | 극저온 인성이 우수한 압력용기용 강판 및 이의 제조방법 | |
| KR102607616B1 (ko) | 봉강 및 그 제조 방법 | |
| KR20190076412A (ko) | 비조질 강재 및 그 제조방법 | |
| KR101455469B1 (ko) | 후판 및 그 제조 방법 | |
| KR102100050B1 (ko) | 후판 및 그 제조방법 | |
| KR102110686B1 (ko) | 형강 및 그 제조 방법 | |
| KR20240059984A (ko) | 고강도 철강 및 이의 제조방법 | |
| KR102021199B1 (ko) | 강재 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |