KR920005385B1

KR920005385B1 - 콘크리트 보강용 긴장강재의 제조방법

Info

Publication number: KR920005385B1
Application number: KR1019900003817A
Authority: KR
Inventors: 홍민철
Original assignee: 고려열연 주식회사; 홍민철
Priority date: 1990-03-21
Filing date: 1990-03-21
Publication date: 1992-07-02
Also published as: KR910016944A

Abstract

내용 없음.

Description

콘크리트 보강용 긴장강재의 제조방법

제1도는 본 발명의 열처리 곡선도,

제2도는 종래의 열처리 곡선도,

제3도는 본 발명품과 종래 PC 강선과의 기계적 특성의 비교도로서, (a)는 인장강도(Kgf/mm²) 비교도, (b)는 항복강도(Kgf/mm²) 비교도, (c)는 항복비(%) 비교도, (d)는 연신률(%) 비교도, (e)는 직경(m/m) 변화에 따른 리락세이션(Relaxation)치 비교도, (f)는 시간변화에 따른 리락세이션치 변화 비교도.

본 발명은 콘크리트 구조체에 외력이 작용되면 압축응력과 인장응력이 발생하게 되는데 이때, 콘크리트 자체의 물성에 의해 인장강도는 압축강도의 거의 1/10 정도밖에 되지 않으므로 외력에 의한 인장축에서 먼저 균열 및 파괴현상이 발생하게 된다.

이와 같은 콘크리트 자체의 물성에 의한 결함요인을 보상하여 콘크리트 구조체로 하여금 외력에 대한 내구성 증대를 위해 콘크리트 내부에 매설하게 되는 보강용 긴장강재의 제조방법에 관한 것으로 특히, 콘크리트의 특이한 물성을 고려하여 내부에 매설하게 되는 보강용 긴장강재에 대해 고항복점과 낮은 리락세이션(Relaxation)치를 갖도록 함과 인장강도 및 항복강도를 증대시킬 수 있도록 특이한 원재료의 화학성분과 열처리 과정으로 제조하여 콘크리트에 매설되어진 구조체로 하여금 제반 유효물성을 충족시킬 수 있도록 된 콘크리트 보강용 긴장강재의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

일반적으로 과거에 각종 콘크리트말뚝, 전주, 통신주 및 철도 침목등을 제조하는데에는 외력에 대한 내구성 향상을 목적으로 콘크리트 내부에 철근 콘크리트용 봉강(KSD 3504)을 도입 매설하여 구조체를 제조하여 왔다.

최근에 상기 동종 산업분야에서는 콘크리트 구조체로 하여금 외력에 대한 내구성을 보다 더 증대시키기 위해 일명 PC 강선이 개발이용되고 있다.

상기 PC 강선에 대한 개략적인 화학성분 및 제조공정과 물리적 특성을 살펴보면, 다음과 같다.

상기 화학성분을 지닌 강재를 도면 제2도에 도시된 바와 같은 온도 및 시간 조건으로 신선에 가장 유리한 소정의 열처리과정(파텐팅)을 거쳐 50% 이상의 고감면율의 신선가공을 거침으로서 가공경화에 의하여 소망하는 인장강도를 얻게 된다. 그러나 항복점 및 탄성한계가 낮아 블루잉(Bluing)이라는 응력제거 열처리(약 350℃의 염욕에서 단시간 통과)를 행하여 항복점 및 탄성한계 리락세이션성을 향상시키는 작업방법이 이용된다.

이와 같이 제조된 강재(선경 5ø-9ø)의 물리적 특성을 살펴보면, 인장강도: 144-165Kgf/mm², 항복강도 125.0-145Kgf/mm²항복비:86.4-88.5%, 연신율: 4.0-4.5% 정도 리락세이션(Relaxation) : 3.0% (10시간)이하로 나타나고 있다.

그런데 콘크리트 보강용 긴장강재로서의 요구 특성은 인장강도는 145Kgf/mm²이상이면 양호한 보강용 긴장강재로서의 역할을 수행할 수 있으며, 항복강도를 높게 하여 항복비(

)의 향상이 요구되는 한편, 상기한 기계적 특성을 충족시키면서 연신율 역시 크면 클수롤 양호한 보강용 긴장강재로서의 역할을 다하게 된다. 또한, 리락세이션(Relaxation)치는 콘크리트 보강용 긴장강재로서 가장 중요한 물성으로서 가능한한 낮은 값이 요구되는 것이다.(여기서 리락세이션이란: 인장응력이 걸린 상태에서 강재의 길이를 일정하게 유지한데로 방치해 놓으면 시간의 경과와 더불어 그 인장응력은 점차 감소하게 되는데 이를 응력완화(Stress relaxation)라 하며, 그 계산방법은 인장하중의 70% 또는 항복점 하중의 80%를 부가하여 변형량을 일정하게 유지시킬때 초기하중에 대한 하중감소율을 백분율로 나타내게 된다)

상기와 같이 최근에 널리 이용되고 있는 PC 강선을 콘크리트 보강용 긴장강재로서 요구되는 제반 기계적 특성을 충족시키기에는 그 한계가 있음은 물론, 그 제조공정의 복잡성으로 인한 생산성 저하를 가져오는 한편, 신선하는 공정에 해당하는 인발작업(감면율 50% 이상)을 통해 제반 기계적 특성을 부여하게 되므로서 선경 10ø 이상의 제품을 제조하는데에는 기계적 특성의 부여가 어렵게 되어 콘크리트 보강용 긴장강재로서의 제반조건(경의 크기, 기계적 특성, 가공도의 한계점등)을 충족시키는데에는 상당한 제약을 받게되는 결점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 PC 강선에서 나타나는 결함 또는 제반 기계적 특성의 특성의 한계를 좀더 향상시켜 콘크리트 보강용 긴장강재로서의 요건을 충족시킬 수 있는 특성부여를 위해 새로운 화학성분비와 열처리공정을 통해 양호한 소재개발이 완성된 것으로서 그 실시예에 따른 제조공정을 통해 상세히 설명하기로 한다.

[제조공정 및 실시예]

여러단계의 실험을 통하여 본 발명에 의한 배합성분은 표1)과 같이 결정되었다.

[표 1]

상기 배합성분비(WT%)를 설정하기까지는 다음과 같은 이유로 실험을 통해 결정된 것이다.

o C(탄소)의 경우: 소입성을 양호하게 하여 열처리에 의한 기계적 특성부여 가능한 범위와 용접성을 고려하여 결정되어 진다. 0.17WT% 이하일때는 열처리에 의한 기계적 특성부여가 불가능하게 된다. 065WT% 이상일때는 소입처리후 취성을 지니게 됨과 용접성이 저하된다.

o Si(규소), Mn(망간)의 경우: 일반 강재에 함유되는 통상의 배합비로 설정하게 된다.

o P(인), S(황), Cu(구리)의 경우: 불순물에 해당하는 것으로 낮을수록 좋다.

o B(보론)의 경우 : 소입성을 양호하게 하는 원소로서 10-35ppm이 경화능이 최대이나 관리조정이 불가하므로 5ppm 이상으로 하게 된다. 본 발명에서 핵심 첨가원소에 해당된다.

o Ti(티탄)의 경우: 강중에서 보론(B)의 안정화를 도모하기 위한 목적으로 첨가하는 한편, 결정립 미세화 및 용접성 향상의 특성을 가져오게 되는 것으로서 상기한 보론의 함유량에 따라 0.010-0.050WT%로 결정된 것이다.

이와 같이 준비된 재료에 대해 도면 제1도에 도시된 바와 같이 소정의 직경으로 신선된 재료를 급속가열방식(고주파 유도가열 또는 직접통전가열등)을 이용하여 온도 800-1200℃로 5-40초 동안 가열유지시켜 급속냉각(수냉)시키는 조건으로 소입(Quenching)처리를 실시한 후, 300-600℃로 4-30초 동안 가열 유지시켜 냉각하는 조건으로 소려(Tempering)를 실시하는 일련의 열처리 공정을 거쳐 제품제조를 완료하게 된다.

여기서, 본 발명의 열처리조건(소입, 소려처리에 따른 가열유지 시간조건, 가열유지온도조건)을 설정하기까지는 다음과 같은 이유로 실험을 통해 결정된 것이다.

소입(Quenching)조건

다음의 표2)는 본 발명에 의한 소입처리시 가열유지온도의 변화에 따른 기계적 특성을 실험을 통해 확인한 결과이다.

[표 2]

상기 표2)와 같은 실험결과에 의하면 소입가열 유지온도가 800-1200℃ 범위내에서 소입처리하므로서 결정입자가 9.5-11.5 정도로 미세한 결정구조를 지님과 아울러 양호한 항복비, 리락세이션치를 얻을 수 있게 됨이 확인되었다.

그리고, 800℃ 이하의 소입가열 유지온도에서는 미변태 페라이트가 잔류하여 표2)에서와 같은 불충분한 기계적 특성을 지니는 것으로 확인되었다.

또한, 1200℃ 이상의 소입가열 유지온도에서는 결정입도가 너무 조대하여 항복비 및 리락세이션성을 나쁘게 하는 것으로 나타났다. 한편, 소입가열 유지시간 조건은 수차례의 실험결과 열처리하고자 하는 선경의 차이에 따른 질량효과 때문에 급속가열방식인 고주파 유도가열장치에서 가열 대상물인 선재의 내부까지 균일온도로 가열되면서 거의 동시적으로 상변태가 이루어지면서 적절한 입도유지와 조직의 균일화를 기대하는 데는 최소한 5초 이상의 가열 유지시간이 요구되었고, 또한 40초 이내에 실시되어야 함이 적정한 것으로 나타났다. 40초 이상의 가열유지시간이 진행되면 결정립이 조대화 현상이 유발되어 기계적 특성을 나쁘게 하는 것으로 나타났다.

이와 같은 소입조건으로 열처리를 이행하므로서 재료의 내, 외부조직은 동시에 균일한 열적작용으로 오오스테나이트(Austenite)상태로 부터 급속냉각으로 균일한 마르텐사이트(Martensite) 조직으로 변화된 상태가 된다.

소려(Tempering)조건

다음의 표3)은 본 발명에 의한 소려(Tempering)시, 가열유지온도의 변화에 따른 기계적 특성을 실험을 통해 확인한 결과이다.

[표 3]

상기 표3)과 같은 실험결과에 의하면, 소려가열 온도는 300-600℃의 경우가 콘크리트 긴장강재로서 지녀야 할 충분한 물성치를 얻을 수 있게 됨을 알 수 있고, 균일한 결정립을 지니면서 미세한 입도(약 9.5-11.5)를 가지는 마르템퍼드(Martempered)조직을 지니게 되는 것으로 나타났다.

한편, 소려가열 유지시간 조건의 경우는 본 발명의 전공적인 소입처리에 필요한 동일한 급속가열장치(고주파유도가열, 직접통전가열)를 연속적으로 이용되어지는 생산라인을 지니는 것으로 상기한 소려가열 유지온도 300-600℃를 도달하는데 가장 적절한 시간조건인 4-30초가 결정되어진 것이다.

즉, 소려처리시에 열처리 대상물이 소입에 의한 마르텐사이트(Martensite)조직에 대해 소려처리로 하여금 결정립이 미세한 마르템퍼드(Martemperd)조직을 갖도록 함과 적절한 인성 및 연성을 증대시키고 충격치에 대한 강성을 지니게 한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 제조공정에 따라 선경이 다른 5mm, 6mm, 7.4mm, 8.3mm, 9.2mm, 11mm, 13mm, 시제품(콘크리트 보강용 긴장강재로서 이용될 수 있는 정도의 선경)을 제조하여 준비함과, 종래의 P.C 강선을 선경 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm의 것을 시편으로 준비하여 각각의 물리적 특성으로 대비하여 본 결과 도면 제3도의 (a)(b)(c)(d)(e)(f)와 같이 대비됨을 확인할 수 있었다.

상기 시험대비 결과를 도표로서 표시한 도면 제3도의 (a)는 안장강도의 비교도로서, 본 발명은 인장강도 145Kgf/mm²를 선경(직경)에 관계없이 지니도록 본 발명에 의한 합금조성과 열처리과정을 통해 부여할 수 있음을 확인할 수 있었다. 여기서 인장강도의 정도는 제조하고자 하는 설정치에 따라 선경에 관계없이 125Kgf/mm²이상의 물성을 부여할 수 있다.

이에 반해 비교제품(PC 강선)은 인발가공에 의한 물성여부를 하게되므로서 도면에서와 같이 콘크리트 보강용 긴장강재로서의 적정 인장강도 145Kgf/mm²이상을 유지하기 위해서는 선경이 9mm 이하에서만 가능하고 10mm이상에서는 사실상 적정강도의 확보가 불가능한 결점을 알 수 있었다.

또한, 도면 제3도의 (b)는 본 발명품과 비교제품(PC 강선)의 항복강도(Kgf/mm²)를 비교한 것으로서, 본 발명품은 제조하는 제품의 선경에 관계없이 상기한 인장강도와 같이 열처리에 의해 130Kgf/mm²이상의 특성을 부여할 수 있는 것에 반해 비교제품은 선경에 의해 상당한 항복강도의 변화폭이 있음을 알 수 있고, 한편 항복비 (

) (c)에 도시된 바와 같이 본 발명품은 90% 이상인 것에 반해 비교제품은 선경에 따라 이보다 낮게 나타남을 알 수 있었다.

또한, 연신율에 있어서도 (d)에 도시된 바와 같이 본 발명품이 비교제품보다 제반 기계적 강도를 유지하면서도 PC 강선에 비해 우수함을 알 수 있으며 특히, 콘크리트 보강용 강재로서 요구되는 중요 특성인 리락세이션치는 도면 제3도의 (e)(f)에 도시된 바와 같이 비교제품보다 원등히 낮음(우수함)을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 제조방법으로 제조된 제품의 제반 기계적 특성은 다음 표4)에서와 같이 얻을 수 있게 된다.

[표 4]

(여기서 시편으로 본 발명품은 선경(ø)에 구애됨이 없는 것이고, 비교제품은 콘크리트 보강용 긴장재로 이용되는 적정한 선경 5mm-9mm사이 규격의 시편으로 부터 나타나는 기계적 특성의 평균치인 것임)

결국, 본 발명품에 의한 제조방법은 설정한 직경으로 신선하여 소정의 시간적 제한과 온도제한의 조건하에서 단시간 소입, 소려에 의한 열처리 과정을 통해 상기한 제반 기계적 특성을 쉽게 부여할 수 있으므로서 종래의 PC 강선 제조공정에서 복잡함을 단순화함은 물론, 특히, 콘크리트 보강용 긴장강재로서 요구되는 적정한 제반 물리적 특성을 제조하고자 하는 선경의 크고, 작음의 구애됨이 없이 제한을 받지 않고 균일한 특성을 부여할 수 있음과, 아울러 리락세이션치를 저하시킬 수 있게된 강의 합금조성과 열처리공정에 의한 제조방법을 제공하게 된 것이다.

Claims

C 0.17-0.65WT%, Si 0.15-0.35WT%, Mn 0.60-0.90WT%, P 0.030-WT% 이하, S 0.035WT% 이하, Cu 0.20WT% 이하의 기본재료에 B 5-35ppm, Ti 0.010-0.050WT%를 첨가한 강재를 고주파 유도가열 또는 직접 통전식 가열방법등을 이용하여 5-40초 동안에 800-1200℃로 가열유지시켜 급속냉각시키는 조건으로 소입처리한 후, 4-30초 동안에 300-600℃로 가열유지시켜 냉각하는 소려처리하는 조건으로 일련의 제조공정을 특징으로 하는 콘크리트 보강용 긴장강재의 제조방법.