KR930009973B1 - 프리스트레스 강의 생산공정 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

프리스트레스 강의 생산공정

본 발명은 고강도이고 용접 가능하며, 내식성과 내취성 파괴성이 우수한 프리스트레스 강(prestressing steel)의 생산공정에 관한 것이다.

오늘날 프리스트레스 강은 일반적으로 비합금, 고탄소 함유 고 품질 구조용 강 즉, 0.60 내지 0.90C, 0.10 내지 0.30Si, 0.50 내지 0.80Mn, 0.035S 및 0.035P의 조성으로써, 냉간-드로오잉된 브레이싱 또는 인장선(tension wire)이 생산되는 파텐팅 또는 스텔모르(Stelmor)처리된 5.5 내지 14.5mm 치수의 원형 선재 뿐 아니라, 0.65 내지 0.85C, 0.65 내지 0.85Si, 1.10 내지 1.70Mn, 0.035S, 0.035P 및 임의의 0.1 내지 0.4V의 조성으로써, 열간압연, 인장 또는 드로오잉 및 템퍼링 된 15 내지 40mm 치수의 봉들로 부터 생산된다.

두 경우에 있어서, 사용된 원재(raw material)는 약 120mm 사각의 빌렛으로서, 이는 제조 공장 및 사용 가능한 장치에 따라 서로 다른 기준 즉, 압연온도로 열 처리되며, 이에따라 서로 다른 조직 및 조직특성을 가지나, 최종생산품을 공인검정시 통상 요구되는 기계적 성질을 가져야 한다.

이러한 프리스트레스 강들은 용접될 수 없다는 중요한 결점을 갖고 있다. 그 생산을 위해서는 주지의 평로, 전기로 및 염기성 산소 제강 공정등과 같은 종래의 공정들이 사용되며, 이때 강은 어떠한 전처리 또는 후처리도 되지 않는다. 몇몇 경우에는 탈황에 의하여 강의 전처리가 행해지고, 진공에의해 강의 후처리가 행해지기도 한다. 인곳(ingot) 및 연속 주조법이 또한 채용되고 있다.

용접성결함외에도, 상기 주지의 프리스트레스 강은 화학조성, 조직조성 및, 생산조건과 관련된 부식민감성 및, 특히 취성파괴성과 같은 기계적 성질상의 단점들을 안고 있다. 지금까지 프리스트레스 강을 평가할 때 무시되어 온 사실은, 그 취성파괴 민감도가 0℃ 이상에서 시작되어, 온도가 낮아짐에 따라 급격히 증가한다는 것이다. 취성파괴에 대한 안정성은 취성파괴가 가능한 소위 전이온도(Tu)로써 표시된다. 종래의 프리스트레스 강의 전이온도(Tu)는 보통 20℃를 훨씬 상회하고 있다. 대부분의 프리스트레스 강 구조물의 경우, 특히, 교량 기초 구조물의 경우에는 -40℃ 및 그 이하의 온도에서 수개월 이상 지속될 수 있으므로, 프리스트레스 강을 설계 및 개발할때는 이러한 사실을 반드시 고려해야만 한다. 취성파괴 민감도는 주로 내부순도, 산화 및 황화개재물, 그리고 개재물 형태에 기인하며, 강을 계획적으로 후처리함으로써 크게 향상시킬 수 있다. 취성파괴 민감도 및 특히 그 온도 의존성은 강 중의 퍼얼라이트(시멘타이트)비율, 즉 탄소함량과 밀접한 관계가 있으며, 탄소는 악영향을 미치는 가장 큰 인자가 되고 있다. 지금까지는 저 퍼얼라이트, 즉 저탄소 프리스트레스 강이 나오지 않고 있다.

프리스트레스 강에는, 예컨대 피팅(Pitting), 와이드 피팅(Wide pitting), 크레비스(crevice), 입자간 및 입자내 부식과 같은 다양한 형태의 부식이 발생하며, 특히 응력부식균열에 주의를 요한다. 구리의 내식성이 알려져 있으나, 지금까지 구리는 프리스트레스 강의 합금요소로 사용되고 있지 않다.

따라서, 지금까지는 고강도이고, 내식성과 내취성 파괴성을 가짐과 동시에, 용접하기에 적당한 프러스트레스 강을 생산하기가 불가능하였다. 본 발명자에 의해 설정된 과제는 이러한 프리스트레스강을 개발함과 동시에, 그 생산공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 프리스트레스 강에 대한 개량된 생산공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 종래의 제조공정시의 단점이 배재된 프리스트레스강의 생산공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은 하기의 조성을 갖는 강의 생산공정에 의해 달성된다.

0.05 내지 0.20 질량% 탄소, 1.20 내지 1.70 질량% 망간, 0.30 내지 0.50 질량% 규소, 0.04 내지 0.06 질량% 나이오비움, 0.035 내지 0.05 질량% 바나듐, 0.30 내지 0.50 질량% 몰리브덴, 0.30 내지 2.00 질량% 구리, 0.04 내지 0.06 질량% 알루미늄, 0.015 내지 0.02 질량% 질소≤0.020 질량% 황, ≤0.030 질량% 인 및, 나머지가 철과 불가피한 불순물을 함유하는 강을 용융하고, 이렇게 용융된 강을 약 120mm 사각의 빌렛으로 응고 및, 2차열까지 재가열시키며, 그에따라 열적 기계적 처리전에, 강을 매우 낮은 재가열 온도(=1150℃미만의 2차열)로 유지한 후, 850℃ 이상의 낮은 변형온도까지 제한된 수의 패스(pass)에 의해 고변형도(패스당 10 내지 45%의 압하율) 및 고변형속도로 강을 제어압연하는 가공 열처리 공정에 의해 달성된다.

강을 1150℃ 미만의 재가열 온도로 유지시키는 이유는 바나듐 및 나이오비윰이 850℃ 또는 950℃에서 용해되나, 1150℃ 이상에서는 재 용해되기 때문이다. 재 용해는 피해야만 된다. 추구하는 목적을 위해서는 10 내지 20nm의 입자크기와, mm²당 적어도 20×10⁶의 입자량이 얻어져야 한다.

이어서, 강을 소수의 패스로 850℃까지의 낮은 변형온도까지 고 변형도(패스당 10 내지 45%의 압하율) 및, 고 변형속도하에 제어 압연한다. 강중의 구리의 존재로 인해, 이 온도 한계는 지켜져야 한다. 왜냐하면 구리의 유효한 석출경화는 약 850℃에서부터 약 650/550℃까지 압연없이 급속냉각을 시켜야만 얻을 수 있기 때문이며, 850℃미만의 온도에서의 압연시에는 추가적인 구리 석출이 거의 일어나지 않는것은 주지의 사실이다. 850∼650/550의 온도범위에서는, 물 또는 희석된 에멀션으로 급속냉각(캔칭)이 행해져야 한다.

이러한 첫단계의 열적 기계적 처리에 의해, 냉간-드로오잉된 석재, 3선 가닥, 7선 가닥 및, 바아의 생산을 위한 선재특성등을 이룰수 있는데, 이 특성들은 유럽 공업규격 10.138을 충족시키거나, 부가적인 사용 특성들(내식성 및 내취성 파괴성이 우수하고 용접이 가능함)을 갖는다. 이에따라 선재의 경우, 고가의 냉간 변형(인장) 및 추가의 템퍼링을 배제할 수 있고, 이것은 본 발명의 중요한 장점을 이룬다.

본 발명에서 사용된 강화기구의 실질적인 경화 과정들은 주로 850℃와 Ar₃한계에 근접하는 범위에서의 체류시간 동안 주로 일어난다. 본 발명의 추가적인 공정단계에서는, 약 650/550℃까지 압연없이 급속 냉각되어 γ→α변태의 감소와 함께, 동시에 재결정이 지연된다. 체류시간과 지연냉각은 단위 mm 직경당 약 0.25 분이다.

본 발명의 공정에서 제 1 및 2 단계들을 채용할경우, 고가의 경화 및 템퍼링이 요구됨이 없이, 유럽 공업규격 10.138에 해당하는 경화 및 템퍼링된 선재의 강도 등급을 얻을 수 있으며, 이는 본 발명의 공정의 또 다른 장점이 된다. 바아 및 선재의 경우, 항복 강도는 종래의 것에 비해 최소 20% 증가되며, 또한 냉각-드로오잉된 선재 및, 이로 부터 그에 대응하여 증가된 강도를 갖는 선재 가닥들의 생산이 가능하다.

본 발명에 따르면, 약 650/550℃로 부터 1회 또는 수회 패스로, 즉 고 변형도 및 고변형속도하에 다시 제어 압연하는 제 3 의 처리단계를 행할 수 있다. 그 다음 체류 시간 및, 예컨대 정지 공기에의한 지연냉각을 고려한다. 석출경화가 증가함으로써, 종래의 프리스트레스 강에 비해 강도가 최소 40% 증가한다.

첨부된 도면은 이러한 일련의 공정순서를 예시하고 있다.

보다 높은 강도가 요구될 경우, 열적 기계적 처리와, 그와 결부된 강화 기구에 이어서, 강을 부가적으로 스트레인 경화시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 열적 기계적 처리중에, 강도 증가 기구는 화학조성 및 계획된 미소 합금원소들의 양적 조절로써 부가적인 효과를 갖는다. 이러한 기구들은 특히 미립자 경화, 고용체 경화 및, 특히 합금 원소인 구리가 효과적으로 석출되는 석출 경화들이다. 이는 미립자 용해를 위한 화학 조성과 더불어 열적 기계적 처리가 본 발명의 목적을 실현하는데 즉, 고강도이고 내식성과 내취성 파괴성이 우수하며, 용접 가능한 프리스트레스 강을 생산하는데 가장 중요한 단계라는 것을 의미한다. 합금 원소의 계량(metering)은 강도의 상당한 증가뿐 아니라, 특히 미립자 경화를 통해 인성도 동시에 증가되도록 되어 있다. 합금원소를 계획적으로 계량함으로써, 석출 경화를 통해 강도를 최대로 증가시킬 수 있다. 페라이트내의 침전 또는 석출은 강도 증가 목적에 가장 효과적이다.

급속냉각 및, 낮은 최종 압연온도와 함께, 고 변형도와, 고변형속도와, 최종 성형후의 체류시간 및, 지연냉각의 결과로서, 석출경화는 최대강도 증가 효과를 가져오기 때문에, 이러한 열적 기계적 처리에 최대한의 의미를 부여해야 한다. 왜냐하면 합금 원소의 계획된 계량의 결과로서, 상기의 단계는 특히 망간 및 몰리브덴의 상호작용을 통하여 최대로 취성파괴를 방지하기 때문이다.

본 발명의 개념상 효과적인 강도 증가의 전제조건은 역시 미립자 경화이며, 미립자 경화를 최적으로 실현하기 위해서는 미립자 용해가 또한 요구되고 이는 동시에 인성을 증가시킨다. ASTM 112에 따른 결정립 크기는 적어도 9, 바람직하게는 적어도 12 이어야 하며, 평균 1.45%로 증가된 망감 함량이 이에 기여한다.

이러한 목적을 위해 매우 미세한 오오스테나이트 입자가 요구되는데, 이것이 페라이트 입자 크기를 결정하는데 도움을 주기 때문이다. 이러한 목적을 위해서는 가이드 분석(the guide analysis)시 제공된 미소합금원소들, 특히 알루미늄, 질소, 나이오비움 및, 바나듐 등이 미세석출로써 오오스테나이트 조직속에 혼입되어, 입자 성장을 억제하고 전위에대한 강도증가 장애물을 형성하는 것이 필요하다. 10 내지 20nm의 입자크기가 가장 효과적이고 mm²당 입자량은 적어도 약 20×10⁶이다.

본 발명에 따르면, 미립자 용해는 하기 단계들로 이루어진다.

1. 실질적인 탈황이 이루어지고 이것이 예컨대 TN 프로세스에 의해 칼슘 처리를 통하여 일어나는 강의 전처리.

2. 특히 불활성 가스에 의한 배기, 진공처리, 탈산, 진정 및, 가능하면 래들 처리에 의해 금속칼슘 또는 칼슘 할라이드(helide) 슬랙을 사용한 개재물의 개질과 같은 강의 후처리.

또한 연속주조를 사용하여야 하는데, 왜냐하면 이것이 가장 경제적이며, 용해된 강을 원재료, 즉 프리스트레스 강 생산에 사용되는 빌렛(billet)으로 응고시킴으로써, 질적으로 가장 우수한 형태의 주조방법이기 때문이다. 프리스트레스 강에 요구되는 높은품질을 확보하고, 표면결합과 함께, 중앙편석 및 고화가교(central segiegation and solidification brige)같은 핵 결합을 방지키 위해서는, 별도의 방안들, 예로써 재 산화(reoxidation) 방지, 서브머어지드(submerged) 주조 및, 전자기 교반등을 하여야 한다.

가이드 분석에 의해 제공된 약 0.1%의 저 탄소 함량은 대개 상기 결함들의 발생을 방지하고, 동시에 종래의 고 탄소 프리스트레스 강에 요구되던 고가(高價)의 방안들이 필요치 않으므로, 프리스트레스 강의 생산시 연속 주조의 경제적인 측면에 도움을 주고, 또한 고순도, 균일성 및, 품질들을 보장한다.

전술한 첫 번째 일부 문제, 즉 프리스트레스 강의 강도증가를 고려하기 위해서는, 가장 중요한 강도 제한 요인들을 고려해야 한다. 이들은 특히 전위 이동에 대한 장애물들을 포함한다. 이것은 프리스트레스 강의 강도 특성에 특히 큰 영향을 미치는데, 그 이유는 어떤 형태의 강도증가를 이루기 위해서는 전위이동에 대한 장애물들이 있어야 하기 때문이다. 이들 장애물들은 그들의 기능 차원에 따라 하기와 같이 구분할 수 있다 :

0 차원 : 즉, 혼합결정내의 불순물 원자들과 같은 점형태의 장애물-혼합 결정 경화에 의한 강도증가.

1 차원 : 전위에 대한 선형 장애물-냉간가공에 의한 경화.

2 차원 : 입자 제한체와 같은 판상장애물-결정립 미세화(미립자)에 의한 경화.

3 차원 : 침적물 또는 석출물과 같은 공간 장애물-입자경화 또는 분산경화에 의한 경화.

혼합결정 또는 고용체 경화는 화학조성물의 특성을 통하여 작용하고, 특히 혼합결정내 치환형 및 침입형 불순물 원자들에 주목을 요한다. 이와 관련하여 각 합금 원소들과 이들의 항복강도 증가에 미치는 영향을 나타내는 많은 도표들 및 표들이 나와 있다. 개개의 상이한 합금 원소들의 영향은 격자내의 이들 원소들에 의한 뒤틀림(distortion)을 통해 명백해질 수 있다. 뒤틀림이 클수록 강도 증가도 크게된다.

4 가지의 상이한 경화형태들 중 가장 중요한 것은 미립자 경화이다. 왜냐하면, 얻어지는 강화기구는 강도 증가뿐 아니라, 그와 동시에 인성증가에 의해서도 특징지워지기 때문이다. 더우기, 전위이동을 방해하는 2차원 장애물들은 인성의 증가에 의해서는 극복될 수 없는 강한 장애물이다. 전위는 불가능하게 되고, 입계(grain boundary)에 수많은 전위들이 형성되어 주요 응력 집중부를 형성하면서 강도에 영향을 미치게 된다. 그러나, 정확하게는 저항복강도 한계에 영향을 미치는 것은 평균입자크기이다.

석출에 의한 입자 또는 미립자 경화의 경우, 입자크기 및 간격이 절단 또는 교차가 일어나지 않기에 충분히 크게 될때 최대 강화가 일어난다는 사실에 주목해야 한다. 입자경하를 위한 석출 과정은 과포화, 변형, 변태 및 최종적으로 재결정등의 정도에 의해 크게 영향을 받으며, 강도 증가 목적을 위한 열적 기계적 처리에 특별히 주목해야 한다. 고강도 프리스트레스 강의 개발시에는, 또한 입자경화에 의한 탄화물, 질화물 또는, 탄화질화물 등의 석출도 고려해야 한다. 또한 특정 탄화물 또는 탄화질화물 들의 석출을 통해 특별히 높은 경화작용은 예컨대, 구리 석출에 의해서 보다 나이오비움 및 바나듐의 미소합금 원소들에 의해 일어난다는 사실을 염두에 두어야 한다. 본 발명에 따르면, 이러한 각각의 강화기구들은 서로 결합될 수 있고 계획된 스트레인 경화와 결합될 수 있다. 그들 작용은 부가적인 것이나, 각 경우에 있어 그들의 비율은 주어진 조건에 따라 크게 변화할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 각각의 경화과정의 기본적인 기구가 추가적이 처리단계 즉, 예를들어 소위 열적 기계적 처리와 같은 가장 중요한 처리단계를 통해서만 최적으로 된다는 것을 발견하였다.

열적 기계적 처리의 개념은 다수의 특별히 제어되는 성형과정을 포함하며, 강 특성의 최적의 개량과 관련하여, 변형온도, 변형도, 변형속도, 변형시간, 최종 변형온도, 냉각속도, γ→α변태, 변형후의 체류시간 및 이에 계속되는 냉각들이 중요한 역할을 한다. 열적 기계적 처리는 모든 기계적 특성치들에 영향을 미칠 수 있으며, 특히, 전이온도와 함께, 내취성 파괴성, 강도 및 인성에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 범위내에서, 열적 기계적 처리는 특별히 개발된 미세합금 및 미립자-용해 강을 특별한 순서로 제어압연 함으로서 행해진다. 특히, 낮은 최종 압연온도, 최종 압연패스 이전의 급속냉각 및, 최종의 높은 변형도가 설정됨으로써, 재결정은 페라이드-피얼라이트 변태전에 매우 미세한 오오스테나이트 결정립을 가져온다. 본 발명의 순서에서 가이드 분석 후 본 발명의 강을 제어 압연하는 경우에는, 탄화물, 질화물 또는 탄화 질화물의 석출 뿐 아니라, 고용체와, 미립자경화와, 압연과정을 통하여 미소합금강이 이루어진다. 합금 및 압연의 관점으로 부터, γ→α 변태가 가능한한 최저최종 압연온도 바로 직전 및/또는 직후에 일어나고 Ar₃바로 앞에서 생기도록 온도를 제어하며, 어떤 경우에 있어서도 마르텐사이트 변태가 방지되어져야 한다.

저 퍼얼라이트 미량합금 강의 경우에 있어서는, 미소합금 요소인 나이오비움 및 바나듐의 탄화물 및 질화물이 면심입방격자를 가지며, 이들이 동행이며 완전히 혼합되는 것이 중요하다. 그러나, 상기 강화기구들을 통한 최대강도-증가작용은 체심 입방격자에서 일어난다. 또한 탄화질화 석출물의 형상 및 크기도 고려해야 한다. 기계적성질에 영향을 미치는 것과 관련하여, 입자크기 및 양, 또는 입자견적들은 석출물/침전물의 형상 및 배열과 그들의 강도와 더불어 결정적인 것이다.

이러한 양들은 석출물/퇴적물이 형성되는 화학조성 및, 특히 온도-시간 조건들에 의해 영향을 받는다. 온도의 함수로서, 탄화질화물들은 γ→α변태서, 오오스테나이트에서 또는 페라이트에서 석출될 수 있고, 강도 증가를 위해서는 페라이트에서의 석출이 가장 효과적이다. 석출시키기 위한 속도론(Kinetics), 범위 및 온도 위치는 열역학적 조건들 뿐만 아니라, 합금 원소의 확산성, 급속냉각의 정도 및, 석출물의 핵상태들에 좌우된다.

본 발명에 의한 합금화를하는 경우, 이러한 개발에 필요한 열적 기계적 처리와 관련하여, 미립자 경화의 비율을 최적으로 하기위해 사용되어야 하는 실제적인 수단은 하기와 같다. 즉, 특히 탄화물, 질화물 및/또는 탄화질화물 들의 석출물 또는 침전물의 재용해를 방지 또는 제어하기 위한 낮고, 미립자 유지를 위한 푸셔(pusher) 타입의 로 온도, 소수의 패스에 의한 높은 변형정도, 저변형온도 급속냉각 및/또는 합금화 및/또는 재결정 지연에 의한 γ→α 변태온도의 감소들이다.

열적 기계적으로 처리된 상태에서는 강도증가와 동시에 인성 및 전이온도에 대한 가장 바람직한 작용을 수반 하는 최적, 최소의 미립자 크기가 얻어진다.

미립자 경화 및 석출 경화의 비율과 그에 따른 가능한 강도 증가의 상당한 부분은 영향을 미치는 비율은 본 발명에서 생산조건, 즉 가공열처리에 의해 상당히 결정된다. 이와같이 냉간-드로오잉된 인장선 및 선재가닥(strand)의 생산을 위해 열적 기계적 처리된, 냉간-가공된 바아 또는 선재의 생산에 합치하는 고 변형도 및 변형속도, 최종 입연 패스 전 및/또는 후의 급속 조절 냉각 및, 이후의 지연 냉각이 필요하다.

특히 최종 패스에 있어서, 최종 압연 온도 및 변형도는 달성가능한 기계적 성질들을 얻는데 결정적인 영향을 미친다. 최종 압연 온도를 낮출 경우, 퍼얼라이트 비율이 감소하므로, 최종적으로 조절 압연된 상태의 저탄소 미소합금 조직은 제한된 양의 퍼얼라이트만을 갖거나 종종 전혀 퍼얼라이트를 갖지 않게 된다. 결과적으로, 보다 바람직한 기계적특성이 얻어진다.

패스당 압하율이 커지고, 패스수가 적어지면, 보다 작은 오오스테나이드 입자가 얻어지고, 따라서 보다 작은 페라이트 입자들을 통하여 보다 바람직한 기계적 성질이 얻어진다. 패스당 압하율이 10%∼45%로 증가하면, 특히 미세한 페라이트입자 크기에 바람직한 영향을 미치고 전이온도 또는 내취성 파괴성을 크게 향상시킨다. 패스당 압하율과, 최종 압연온도 및, 가능한 유지시간은, 한편으로 목적하는 금속학적 작용을, 다른 한편으론 압연의 경제성을 확보하기 위해, 바아(열적 기계적 처리 및 냉각 인장된) 및 선재(냉간-드로오잉된 강선을 얻기위한)와 같은 최종 생산물의 목적하는 특성 및 치수에 합치하도록 해야한다. 그에따라, 급속압연 및 최종 압연후의 냉각은 달성되는 기계적 성질을 얻는데 결정적인 영향을 미친다. 낮은 온도는, γ→α변태가 급속냉각에 의해 보다 낮은 온도로 옮겨지며, 이후 완만한 냉각시 일어나는 석출과정을 현저하게 촉진시키기 때문에, 페라이트입자 크기에 영향을 미친다.

재결정, γ→α변태 및, 미세합금 원소의 석출은 프리스트레스 강내의 조직형성에 결정적인 영향을 미친다. 이러한 과정들은 수분만에 매우 급속히 연속적으로 일어날 수 있고 또한 상호간에 영향을 준다. 기계적특성 및 치수범위에 의거하여, 고강도이고 내식성 및, 내취성 파괴성을 갖는 프리스트레스 강을 개발하기 위해서는, 공정들과 이와 관련된 조직들을 정확히 결정하고 이들에 의해 일어나는 특성들을 최적화하는 것이 필요하다.

열적 기계적 처리에 따른 최종 공정단계는 특히 인장 또는 드로오잉으로 이루어진 스트레인 경화이다. 이러한 모든 프리스트레스 강 생산에 사용되고 본 발명의 강에 특히 적합한 냉간 가공의 결과로서, 따른 주지의 프리스트레스강 품질에 비해 또 다시 상당한 강도 증가가 있게된다.

열적 기계적 처리와 관련하여 본 발명의 프리스트레스 강 특성들을 더욱 향상시키는데에는, 미소합금 원소들을 합금성분으로 하면 좋다. 사용 가능한 미세합금원소들중 바나듐이 열적 기계적 처리를 통한 미립자 경화 및, 석출 경화 즉, 강도 증가에 가장 효과적인 영향을 미치고, 그 다음으로는 나이오비움이다. 이는 또한 변태온도 향상에 기여한다.

소량의 퍼얼라이트에 나이오비움 및 바나듐으로 미소합금과 함으로서, 망간 및 규소의 함량증가와 함께, 이들의 강도개선 기여의 정도가 높아진다.

바나듐의 공존하에 질소함량을 증가시키면, 항복강도가 더욱 증가한다. 또한, 인장강도 증가되어 항복강도는 약 70%∼90% 증가되며, 이는 프리스트레스 강에 있어 특히 중요하다.

나이오비움-합금강에 있어서는, 미립자 경화비율이 석출경화비율보다 훨씬 높고, 따라서 티타늄 또는 비나듐을 합금으로 하는 경우 보다도 항복강도가 더 높게될뿐더러, 특히 매우 바람직한 낮은 변태온도가 얻어진다. 나이오비움이 바람직하게 사용되는 중요한 이유는 나이오비움 첨가에 의하여, 석출경화에 대한 미립자 경화의 비율이 높아지고, 동시에 최대의 변태온도의 감소를 가져오기 때문이다.

변태온도 또는 내취성 파괴성의 향상에 대해서는, 미소합금 원소들에 관계없이 나이오비움 및 비나듐을 합금성분으로 하므로서, 항복강도 증가와 변태온도 향상 사이에 관련성이 있다는 사실을 염두에 두어야 한다. 항복 강도는 같고 나이오비움 또는 바나듐 함량이 다를 경우에, 실제적으로 똑같은 내취성 파괴성 또는 동일한 변태 온도가 얻어진다. 망간 및 니켈은 규소와 더불어, 함량이 약 0.5%에서, 변태온도를 저온도축으로 이행시킨다. 변태온도를 보다 저온으로 옮길 수 있다.

미립자들은 강화효과 외에 인성을 향상시켜, 변태온도의 상당한 감소를 가져온다. 퍼얼라이트 비율은 감소시킴으로써, 필요한 영향 또는 강화된다. 따라서 저 퍼얼라이트 강은 보통 미세 페라이트 입자의 경우 취성 파괴에 특히 둔감하다.

프리스트레스 강의 냉간 가공 특성에 관해서는 그 화학조성에 특히 주의 해야 한다. 황 함량은 냉각 성형성에 가장 중요한 제한요소인 인성의 이방성을 결정한다. 목적하는 낮은 황함량, 즉 황화 기제물의 수적감소는 파괴 감소에 대해 인성을 크게 향상시키고 이는 프리스트레스 강에 매우 중요하다. 황화물 길이의 단축 또한 보다 바람직한 파괴 감소에 특히 효과적이다. 칼슘의 첨가에 의해, 래들야금이 있어 통상 일어나는, 강력한 탈황을 달성할 수 있으며, 이때, 칼슘의 높은 증기압이 특히 중요하다. 칼슘의 용해온도 1600℃에서 그 수증기압이 1.86 바아로서 높은 산소친화력을 가진다. 즉 칼슘의 증발을 방지하기 위한 방안을 고려해야 한다. 황 함량이 0.008% 일 때 조차, 알루미늄-킬드 강에서 망간 황화물을 발견하기가 불가능하며, 그 대신에 표면에 용해된 소량의 황을 포함하는 칼슘 및 알루미늄 산화물의 구상 개재물 들이 존재하게 된다. 용해물로 부터의 석출에 대한 칼슘 알루미네이트의 유리한 조건들의 결과로, 산소의 순도도 개량된다. 칼슘 처리로 얻을 수 있는 기계적 성질들은 인성의 공간 이방성을 현저히 감소시켰다. 프리스트레스 강의 품질 보증에 매우 중요한 파괴의 감소는 칼슘 처리 및, 황 함량의 감소에 따라 현저히 향상된다. 탈황은 0.020 질량% 이하까지 행해야 한다.

가장 적절한 미소합금원소의 조합에 대해서는, 몰리브덴-나이오비움 합금 조직을 통해 가장 우수한 특성을 얻을 수 있다. 나이오비움-비나듐-몰리브덴-구리의 조합은 본 발명의 열적 기계적 처리를 통해 부가적인 성질의 개량이 달성되며, 가장 좋은 결과는 낮은 최종 압연 온도와 높은 최종 변형도를 사용함으로써 얻어진다.

열처리 결과와는 별도로, 압연 및 냉각속도는 베드에서의 냉각과 더불어 프리스트레스 강 생산과 관련하여 작용을 한다. 몰리브덴을 합금하고, 650℃와 550℃ 사이의 범위, 즉 석출 강화에 의한 강도증대기구가 가장 효과적인 범위에서의 γ→α 변태의 저하를 최대로하기 위하여 압연속도를 조절함으로써 강도증대에 관하여는 수단의 유효성이 상당히 향상된다.

최적의 기계적 성질을 얻기위한 가장 효과적인 수단은, 항복 강도증가와 동시에 변태전이온도의 향상을 가져오는 매우 미세한 결정립들을 생산함으로써 이루어진다. 실제로는, 매우 미세한 오오스테나이트 입자가 필요한데, 이는 페라이트 입자의 크기를 결정하는데 도움을 주기 때문이다. 일반적인 경험치로는, 오오스테나이트 입자 크기가 감소하면 페라이트 입자 크기는 약 0.3의 계소로 감소한다. 오오스테나이트 입자 성장의 중요한 과정은, 석출물 또는 침전물의 용해는 없고, 이들의 괴상화와 그에 의한 효과적인 입자형성이다.

오오스테나이트 입자 크기를 조절하는 하나의 수단은 오오스테나이트조직내로 미세한 침전물을 혼입시켜 입자 또는 입자성장을 억제하는 것이다. 질화 알루미늄을 통하여 이러한 효과를 일으키는 알루미늄과는 별도로, 탄화물, 질화물 또는 탄화질화물들을 통하여 이러한 작용을 하는 것들로는 특히 입자크기가 10 내지 20mm인 나이오비움, 바나듐 및 티타늄들이다. 압연한 목적으로 푸셔 로(pusher furnace)에서 재가열할 때 강한입자 성장을 억제시키는 가장 바람직한 조건은 보다높은 알루미늄 함량(0.050% 까지) 및 질소함량(0.020%까지)이다. 나이오비움 함량이 높아질수록, 급격한 입자 성장이 시작되는 온도가 보다 높은 쪽으로 이동하게 된다.

압연전 가열시, 이러한 침전물들의 재용해를 방해 또는 억제시키는 또다른 수단은, 푸셔 로의 온도를 매우 낮게하는 것이다. 오오스테나이트 입자 크기는 또한 보다 높은 변형온도로써 감소시킬 수 있다. 가장 현저한 입자 크기의 감소작용은 낮은 최종변형 온도에서 이루어진다.

금속냉각(퀀칭)의 결과로 γ→α 변태가 보다 낮은 온도로 이동하게되면, 변태 온도가 낮아지고, 그에따라 핵생성 빈도가 높아지고 입자경계 이동성이 낮아지게 되어 페라이트 입자 크기가 감소하게 된다.

입자크기 감소와 더불어, 오오스테나이트의 재결정을 지연시키는 것이 가능하다. 이때 재결정하고있지 않는 오오스테나이트 부분들이 변형되어 입자가 신장하여 결과적으로 입자 표면이 상당히 증가된 오오스테나이트가 얻어진다. 이러한 조직의 페라이트-퍼얼라이트 단계에서의 변태로 인해, 증가된 핵밀도 및 이러한 핵들로 부터 형성된 입자성장의 억제에의해 입자의 크기가 상당히 감소한다.

이러한 효과는 제 2의 압연단계에 의해 더욱 향상된다.

냉각속도의 제어는 별문제로 하고, 오오스테나이트 재결정의 지연은, 소량의 몰리브덴을 미소합금된 저 퍼얼라이트 조직내로 합금시켜, γ→α변태를 보다 낮은 온도로 이동시킴으로써 효과적으로 할 수 있다. 이러한 가능성은 열적 기계적 처리에 이용되어, 변태온도에 부가적인 개량에 따라 보다 미세한 입자조직이 얻어진다.

입자크기의 감소가 더욱 커짐으로서, 바람직한 변태온도가 불변인 것 또는 나이오비움과, 바나듐 또는, 나이오비움과 바나듐의 합금 조직의 경우에 있어서는 변태온도가 개량되는것 조차도 이유가 설명된다. 경화는 별문제로 하고, 입자크기의 감소가 또한 본 발명에서 추구하는 인성 향상을 가져오고, 동시에 변태온도의 커다란 감소를 가져온다. 이것은 퍼얼라이트 비율을 감소시킴으로써 더 큰 효과를 가져온다. 따라서 저 퍼얼라이트 조직은 일반적으로 미세한 페라이트 입자들의 경우에 특히 취성 파괴에 둔감하게 된다.

미소합금 성분과 미세입자 경화와의 관계에 있어서, 유효한 입자크기 및 양으로 된 비정합 나이오비움, 바나듐 및 탄화질화물이, 상이한 방법으로 페라이트 입자크기에 작용하는 것에 유의해야 한다. 열적 기계적 처리된 상태에서, 바나듐은 약간의 입자크기 감소만을 가져온다. 기본적인 조성은, 탄소 및 질소함량이 높을수록 γ→α변태 전이나 도중에 보다 강하거나 빠른 석출을 통하여 보다 미세한 2차 조직을 형성하는 점에서 하나의 역할을 하고 있다. 최적의 입자크기 감소는 나이오비움 함량이 0.04와 0.10% 사이일 때 일어나는 반면에, 티타늄 및 바나듐은 함량이 증가할수록 효과가 증대된다는 사실이 지적된다.

강내 탄소 및 질소함량은, 바나듐을 함유하는 강에 있어서는 보다도 나이오비움을 함유하는 강에서 훨씬 적게 페라이트 입자 크기에 영향을 미친다. 탄소함량이 감소될 경우, 석출된 입자들을 통하여 입자크기에 미치는 핵생성의 영향은 현저히 감소되며, 본 발명에 있어서, 용해된 나이오비움에 의한 재결정의 억제가 유리하게 행해진다. 그러므로, 열적 기계적 처리된 상태에서는, 고탄소 함량이 강보다 저 퍼얼라이트 강이 보다 작은 페라이트 입자크기를 갖는다.

소망하는 오오스테나이트 변태의 지연에 의하여, 용해된 바나듐 또는 나이오비움은 추가적인 미세입자 작용을 한다. 망간 함량의 증가는 또한 변태온도를 감소시키고, 입자들의 최적 석출을 보장하며, 따라서 입자 경화에 최적의 작용을 한다.

시간-이동된 오오스테나이트 변태와 관련하여, 일반적으로 재결정이 지연되는데, 즉 재결정이 보다 낮은 온도에서 보다 지연되어 일어나는데, 이는 γ→α변태의 감소, 재결정 지연 및, 그로인한 낮은 최종 압연 온도의 설정등의 요건들을 만족시키고, 동시에 예로써 구리의 최적석출을 이루게하며, 이와 연관되어 최대의 강도 증가를 가져온다. 증가된 핵 밀도 및 새로 형성된 페라이트 입자들이 성장 억제로 인해 조직은 매우 미세해진다.

석출경화와 관련하여, 열적 기계적 처리에 있어, 최대의 석출 경화는 650℃와 550℃ 사이의 온도에서 일어난다는 사실을 염두에 두어야 한다. 이는 나이오비움, 탄소 및 질소원자의 화학적으로 검출할 수 없는 정합석출물 또는 침전물(크러스터)들의 작용에 의해 분명해진다. 이들 정합된 석출물은 부정합의 석출물에 앞서고 있다. 석출이 최대에 이르면, 항복강도의 저하에 주의하여야 하며, 이러한 저하는 온도상승 또는 유지시간의 초과로 인해 일어나며, 입자들의 정합상태에서 비정합상태로 넘어가고 잇달아 입자크기 및 양이 증가할때의, 정합장력의 감소에 의해 일어난다.

본 발명의 공정을 수행하기 위한 출발 재료(조강 ; crude steel)는 가이드 분석으로 하기의 합금 원소들을 갖는 강이다 : 탄소 0.05 내지 0.20 질량%, 망간 1.20 내지 1.70 질량%, 규소 0.30 내지 0.50 질량%, 나이오비움 0.04 내지 0.06 질량%, 바나듐 0.035 내지 0.05 질량%, 몰리브덴 0.30 내지 0.50 질량%, 구리 0.30 내지 2.00 질량%, 알루미늄 0.04 내지 0.06 질량%, 질소 0.015 내지 0.02 질량%, 황≤0.020 질량%, 인≤0.030 질량% 및, 나머지가 철과 불가피한 불순물인 강.

각 원소들에 대해 하기에 설명한다.

시멘라이트(퍼얼라이트)를 통하여, 탄소함량은 상당하게 강화되고, 이와 관련하여 중요한 역할을 한다. 그러나, 탄소함량은 퍼얼라이트 비율에 따라 내취성 파괴성(변태 온도) 및 용접성에 심각한 악영향을 미치고, 이러한 악영향은 피얼라이트 비율의 증가와 함께 증가하기 때문에, 탄소함량은 강도 증가와 내식성 향상과 함께 약-40℃로의 내취성 파괴성 및 용접성 향상을 가능하게 하는 비율로 감소되어야 한다. 추구되는 최적의 미세 입자 형성에 대해서는, 탄소 함량이 중대한 영향을 미침을 염두에 두어야 한다. 탄소 함량이 감소되면, 석출된 입자들에 의한 핵 형성이 입자 크기에 미치는 영향이 감소하여, 용해된 나이오비움에 의한 재결정의 억제가 현저히, 그리고 본 발명의 경우 바람직하게 된다. 열적 기계적으로 처리된 상태에 있어서의 저 퍼얼라이트 조직은 고탄소함량의 조직 보다 작은 페라이트 입자크기를 갖는다.

망간은 특히 입자의 크기를 감소시키고, 또한 고용체 강화 및 증가된 석출 경화를 가져와, 망간 함량은 되도록 상한치로 고정하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 망간에 의한 강도 증가는 퍼얼라이트 함량에 크게 의존하고, 상당히 낮은 퍼얼라이트 비율은 또한 바람직한 변태온도를 보장하고 결과적으로 취성 파괴를 방지한다.

망간 함량의 증가는 소망의 오오스테나이트 변태를 지연시키는데 크게 기여하고 따라서 최적의 미세입자 형성을 일으킨다. 미소 합금 원소들로서 나이오비움 및 바나듐이 동시에 존재하면, 저 피얼라이트 조직의 경우, 함량에 따라 그 강화 효과도 증가한다.

망간에 대해 언급된 것은 규소에도 적용된다. 규소 함량이 약 0.5% 미만이면, 변태온도가 낮은 수준으로 이동된다. 그러나 0.5%를 넘어서더라도 규소는 강화 작용을 나타내나, 동시에 프리스트레스 강에서는 피해야 하는 취성 파괴 효과를 증대시킨다.

나이오비움은 열적 기계적 처리를 통해 미립자 경화와 석출경화, 즉, 달성할 수 있는 강도 증대에 가장 유효한 영향을 미치고, 바나듐이 이에 버금한다. 나이오비움은 가장 큰 변태온도의 강하를 가져온다. 나이오비움을 함유하는 구조는, 석출경화보다도 훨씬 큰 비율의 미립자 경화를 가져오며, 따라서 바나듐을 합금으로 하는 구조보다도 높은 항복 강도가 얻어질뿐아니라, 특히 변태온도가 낮아져서, 매우 바람직하다. 나이오비움은 페라이트 입자 크기를 상당히 감소시킨다. 나이오비움을 첨가하면, 구조내의 석출 경하에 대한 미립자 경화의 비율이, 높아지며, 이것이 나이오비움이 바람직한 주된 이유이다. 또한 저 함량의 퍼얼라이트의 경우에서 조차, 나이오비움은 높은 망간 함량에 부가적인 강도 증가 효과를 가져온다.

나이오비움과 같이, 바나듐은 한편으로 미립자 형성 및 미립자 경화에 기여하고, 다른 한편으론 석출 경화 따라서 강도 증가에 기여하는 특정 탄화물의 석출물 또는 침전물을 형성한다. 나이오비움과 같이, 바나듐은 미세한 석출물들을 오오스테나이트 조직내로 혼입시킴으로써, 오오스테나이트 입자 크기를 조절하는데 기여하여 결정립 성장을 억제한다. 나이오비움과 같이, 바나듐은 또한 고용체 강화에 기여하나 이들 둘은 페라이트 내에서 불용성이다. 이와 같이, 이들의 페라이트에서의 석출은 강도 증가에 매우 효과적이다. 바나듐 및 나이오비움의 탄화물 및 질화물은 면심 입방 격자를 갖고 비정형이므로 완전 혼합 가능하다. 티탄늄과는 달리, 이들은 황화물 형성에는 기여하지 않는다. 질소함량이 증가된 경우에는, 바나듐이 미세한 페라이트 입자크기의 형성에 최대한 영향을 미치고 부가적으로 항복 강도 증가를 가져온다. 나이오비움과 같이, 용해된 바나듐은 오오스테나이트 변태로의 지연을 통하여 이러한 미립자 작용 및 경화에 영향을 미친다.

오오스테나이트 재결정에의 지연은, 소량의 몰리브덴을 미소합금된 저퍼얼라이트 조직에 합금 시킴으로써 촉진되어 γ→α변태가 보다 낮은 온도로 이동된다. 이러한 가능성은 열적 기계적 처리시, 보다 낮은 최종 압연 온도로서 이용되어, 보다 미세한 입자 조직이 얻어지고, 한편 변태온도가 동시에 향상된다. 몰리브덴의 합금화와 결과적으로 γ→α변태가 낮은 온도로 이동되는 가능성에 의해, 구리의 강화 성질들을 충분히 이용할 수 있다. 현재 설명되고 있는 형태의 미소합금됨과 동시에 저퍼얼라이트 비율 및 높은 구리 함량을 갖는 조직의 경우, 석출 경화 기구가 특히 650과 550℃ 사이에서 혼합 결정의 석출시나 탄소질화물의 형성시 작용한다.

고 강도 프리스트레스 강과 같이 고 망간 및 몰리브덴 함량에 있어서는, 부가적인 강도 증가가 구리 합금된 조직의 경우, 입자 경화외에, 고 전위밀도 및 미립자 경화를 통하여 이루어질 수 있다.

등은, 2가지 장점들로 인해 본 발명의 목적을 위해 사용된다. 즉, 석출 경화에 따른 강화 효과와 강한 내식작용이다. 구리의 내식 작용은 열적 기계적 열처리로 생산된 고강도 조직의 경우에 특히 잘 사용될 수 있다.

왜냐하면 최대 강도 증가를 가져오는 낮은 최종 압연온도에서 구리는 현재 사용되고 있는 석출 경화 원소들과 함께 850℃ 이하 특히, 650과 550℃사이에서 또한 석출 경화 원소로 작용하기 때문이다. 저 퍼얼라이트 조직으로 되어 있고 열적 기계적 처리된 경우에, 약 840℃에서 γ-영역에서부터 급속 냉각을 통하여 약 2%의 구리가 용해될 수 있다. 비정합, 구상 입자 형태의 구리를 많이 포함하는 면심 입방 혼합 결정을 석출한다. 이는 주어진 입자크기로 부터 루핑(looping)의 결과로서, 상당한 석출 경화 효과를 가져온다. 나이오비움이 존재할 경우에는, 2개의 석출 경화 기구가 미소합금 조직과 동시에 저 비율의 퍼얼라이트 및 높은 구리 함량이 존재할 때, 혼합 결정 및 탄소질화물의 석출로 인해 작용된다. 구리 함량이 높은 경우에는, 구리에 의해 발생되는 땜납 취성을 방지하기 위해 구리 합금된 조직에 1% 까지의 니켈 함량이 주어져야 한다. 본 발명의 고망간 및 몰리브덴 함량의 경우에는, 구리 합금된 조직에 있어 입자 경화와는 별도로 고 전위밀도 및 미세 결정립 경화를 통하여 부가적인 강도 증가가 있을수 있다. 구리의 내식 작용은 0.25 내지 0.40%의 낮은 구리 함량에서 매우 효과적이다. 그러므로 구리 함량은, 한편으론 최적 상태로 내식작용 및 강화기구를 일으킬 수 있고, 다른 한편으론 프리스트레스 강에 받아들일 수 없는 땜납 취성이 일어나지 않고 가능하다면 이의 방지를 위한 니켈 첨가를 피하도록 조절되어야 한다.

알루미늄을 함유하는 결과로서, 원재료 가열시의 급격한 입자 성장은 약 1150℃까지 상승하고, 이 경우 유지시간 또는 중요한다. 알루미늄 질화물을 통하여 이러한 효과를 일으키는 알루미늄과는 별도로, 특히 미세합금 요소들인 나이오비움 및 바나듐은 그들의 탄화물, 질화물 또는 탄소질화물을 통하여 유사한 작용을 일으킨다. 압연전의 가열시 이러한 석출물 또는 침전물의 재용해를 방지 또는 제어하기 위해서는 푸셔로(pusher furnace)의 온도가 낮을 것이 중요하다. 압연 목적을 위한 재가열시 강한 입자 성장을 방지하는데 가장 바람직한 것은 보다 높은 함량의 알루미늄을 부여하는 것이다. 알루미늄은 또한 고용체 경화에도 기여한다.

알루미늄외에, 압연할 목적의 가열 전의 급격한 입자 성장은, 질소에 의해서도 약 1150℃이상의 높은 오도로 상승한다. 질화물 함량을 증가시킴으로써 증가된 질소함량은 또한 강도 증가에도 크게 기여한다. 특히 바나듐이 존재할 때에는 항복강도에 현저한 증가가 있게 된다. 또한 인장강도를 증가되어 프리스트레스강에 있어서는 항복점이 70 내지 90% 증가하게 된다.

본 발명의 경우에 있어서는 인 함량이 제한되어야 하는데, 이는 인 함량이 높을수록 항복점이 상승하나 동시에 강을 크게 취약하게 하기 때문이다. 산소취입과 불활성 기체 제거를 조합함으로써, 인 함량을 낮추고 그 취약 작용을 크게 방지할 수가 있다. 대응하는 인 함량의 감소는 래들 야금에 의해서도 가능하다.

본 발명에 따르면, 가능한한 인 함량을 낮추는 것이 특히 중요하다.

황 함량은 인성의 이방성과 관련하여 가장 중요한 역할을 하며 프리스트레스강의 냉간 가공성에 대한 가장 중요한 제한 인자이다.

황 함량이 낮을수록, 즉 황화물 개재물의 수가 적을수록, 취성 파괴감소에 대한 인성이 현저히 증가되고, 이는 프리스트레스강에 있어 매우 중요하다. 황화물 길이 감소는 또한 파괴 감소에도 매우 효과적이다. 래들야금에 있어 통상적인 칼슘 첨가로써 고도의 탈황을 할 수 있다.

본 발명에 포함되어 있지 않는 티타늄에 대해서는, 나이오비움 및 바나듐과 달리, 황화물 형성에 관여하고 또한 초기에 질소를 결합하여 질화물, 즉 TiN로 되고, 이어서 황과 결합하여 티타늄 탄화황화물 Ti₄C₂S₂로 되는 것을 지적해둔다. 따라서 이러한 이유들 때문에 티타늄은 고려되지 않고 있다. 왜냐하면 오오스테나이트 입자 성장의 작용과 다른 미세합금 원소들과 관련한 강도 증가의 작용이 증가된 티타늄 함량으로써 제거되기 때문이다.

본 발명의 고강도되고 부식 및 취성 파괴에 보다 저향력이 큰 프리스트레스트 강을 생산하는 경우에는, 종래의 고 탄소 프리스트레스 강 생산시 고려되어야 하는 모든 문제들이 제거된다. 특히, 연속 주조시 발생되는 중요한 결점 즉, 드로오잉성을 손상시키는 중앙편석 및 표면 결합들의 중요한 문제점들을 제거할 수 있다. 잉곳주조에 비해 연속주조의 경제적인 잇점들을 비용과 품질면에서 충분히 이용할 수 있다. 시멘타이트 격자의 공석 침전물을 형성하므로 해서 조직 및 특성에 심각하게 나쁜 영향을 미칠뿐더러 취성 파괴에 대한 저향력에도 나쁜 영향을 미치는 지금까지의 주조물 중앙에서의 탄소의 편석을 제거할 수 있다.

따라서, 생산 과정중 탄소의 높은 산소 친화력 때문에 취해야 하는 수단들, 즉 용해(예로써 노괴 또는 재용해 공정에서), 산화 및, 이어지는 강의 후처리시, 특히 값비싼 재 산화 보호를 제거할 수 있다. 높은 순도의 수득과, 산화 및 황화 개재물의 실질적인 제거가 용이하다. 연속주조와 관련하여, 고탄소 함유 선재 생산시 전자기적 교반을 행하는데 드는 높은 비용을 거의 들이지 않고도 중앙편석, 고화가교, 방향성 응고 조직, 내부 및 표면 결함등을 방지할 수 있다.

본 발명에 따라 생산된 프리스트레스 강은 매우 높은 강도치, 상당히 감소된 내부 응력, 크게 증가된 내취성 파괴성, 매우 높은 내마모성, 용접하기에 적당하고 내식성이 증가됨으로써 크게 향상된 용도성들을 갖는다.

후자의 2개의 장점들에 대하여, 내식성 향상에 있어 본 발명은 스테인레스강에 있어서의 크롬과 동일하게 작용하는, 보다 경제적인 원소를 고려할 수 있다는 것을 또한 지적할 수 있다. 덧붙여서, 이러한 부식 방지원소들은, 열적 기계적 처리에 의해 생산된 고강도 강에 특히 잘 사용될 수 있다.

왜냐하면, 이들 원소들은, 석출경화를 통한 부식 방지 작용에 더하여, 가장 높은 강도 향상을 가져오는 낮은 최종 압연 온도에서 강도 증가에 기여하기 때문이다. 그렇지만 고강도 프리스트레스 강에서의 강도 증가는 별문제로 하고, 적절한 용접성을 얻을수가 있다면, 구조의 단순화와, 종래의 인장 또는 고정기구에 있어 커다란 향상 가능성도 있다. 예로써 교량건설에서 주지된 바와 같이, 연결부재는 부식조장 매체가 강내로 침투하게 되는 결과로 인해 손상이 되는 가장 연결부의 수효가 증가됨과 동시에 취약부의 수효가 증가하게 된다.

본 발명의 고강도이고, 내식성과 내취성 파괴성이 우수한 프리스트레스 강을 사용하면, 보다 긴 인장 주물부재의 생산이 가능하기 때문에 연결 부재의 수효와, 그에 따른 취약부의 수효를 줄일 수 있다. 이러한 프리스트레스 강의 적절한 용접성의 결과로 고정기구가 또한 구조적으로 단순 및 향상된다면, 손상에 대한 민감도가 또한 크게 줄어들게 된다.

추가적인 장점들은 인장선, 바아 또는 강선들의 직경이 축소되고 따라서 보다 용이하게 취급할 수 있으며, 보다 높은 강도 특성으로 인해 보다 작은 두께의 콘크리트 건설이 가능하여 구조물의 무게가 절감되고 건축 설계상에 보다 큰 가능성이 부여되어 종래의 저 강도 프리스트레스 강에서는 기술적 또는 경제적인 이유들로 해서 실현될 수 없었는 건축과 이에 수반하여 가동 구조물(교량 및 부재건축)의 전체 하중의 감소와 가동 구조물 및 프리스트레스 강의 수송 비용이 감소를 가져온다.

미소합금 원소를 사용하고 강도 증가, 내식성과 내취성 파괴성 향상을 위한 강의 개량된 후처리에도 불구하고, 생산 및 용도상의 상당한 장점들로 인해 프리스트레스 강의 현재의 가격 수준을 유지할 수 있고 또는 더 좋아질 수도 있다. 고정 기구에서의 용접의 적합성에 기인하는 추가적인 건설 가능성의 결과로 경제성이 크게 향상된다. 그러나, 전반적으로 경제적인 장점들이 가격 상승의 단점들을 상쇄하고도 남을 것이다.

Claims (9)

1. 하기의 조성을 갖는 강, 즉, 0.05 내지 0.20 질량% 탄소, 1.20 내지 1.70 질량% 망간, 0.30 내지 0.50 질량% 규소, 0.04 내지 0.06 질량% 나이오비움, 0.035 내지 0.05 질량% 바나듐, 0.30 내지 0.50 질량% 몰리브덴, 0.30 내지 2.00 질량% 구리, 0.04 내지 0.06 질량% 알루미늄, 0.015 내지 0.02 질량% 질소 ≤0.20 질량% 황≥0.30질량% 인 및, 나머지가 철과 불가피한 불순물이 강을 용융하는 단계와, 이렇게 용융된 강을 약 120mm사각의 빌렛으로 형성키위해 응고하는 단계 및, 상기 빌렛을 선재 또는 바아로 가공하기 위해, 약 1150℃ 미만으로 재 가열시키고, 이렇게 재가열된 빌렛을 약 850℃까지, 고변형율(패스당 약 10 내지 45%의 압하율)과 고 변형속도로 압연하여 열적 기계적 처리하는 단계로 이루어지는 고 강도이고 용접가능하며, 내식성과 내취성 파괴성이 우수한 프리스트레스강의 생산공정.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용융된 강을 탈산, 탈황 또는 탈산 및 탈황하기 위해, 래들처리, 진공처리 또는 래들처리 및 진공처리하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스 강의 생산공정.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 래들 처리는 불활성 가스에 의한 배기와, 금속 칼슘 또는 칼슘 힐라이드 슬랙(hailde slag)에 의한 개재물의 개질로 이루어진 군으로 부터 선택된 1 이상의 처리로 이루어진 것을 특징으로 하는 프리스트레스 강의 생산공정.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 빌렛은 1150℃미만에서, 미립자 경화가 일어나고 고용체 경화가 시작되도록 재가열 또는 유지되며, 850℃까지의 지연 냉각시 고용체 경화가 완료되고 석출 경화가 일어나도록 처리되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스 강의 생산공정.
5. 제 4 항에 있어서, 나이오비움과 바나듐으로 구성된 군으로 부터 선택된 미소 합금 원소로 부터 형성된 입자는 20×10⁶개/mm²이상의 밀도와, 입경 10∼20nm를 갖는 것을 특징으로 하는 프리스트레스강의 생산공정.
6. 하기의 조성을 갖는 강, 즉, 0.05 내지 0.20 질량% 탄소, 1.20 내지 1.70 질량% 망간, 0.30 내지 0.50 질량% 규소, 0.04 내지 0.06 질량% 나이오비움, 0.035 내지 0.05 질량%바나듐, 0.30 내지 0.50 질량% 몰리브덴, 0.30 내지 2.00 질량% 구리, 0.04 내지 0.06 질량% 알루미늄, 0.015 내지 0.02 질량% 질소 ≤0.20 질량% 황≥0.03질량% 인 및, 나머지가 철과 불가피한 불순물인 강을 용융하는 단계와, 이렇게 용융된 강을 약 120mm사각의 빌렛으로 형성키위해 응고하는 단계 및, 상기 빌렛을 선재 또는 바아로 가공하기 위해, 약 1150℃미만으로 재 가열시키고, 이렇게 재가열된 빌렛을 약 850℃까지, 고변형율(패스당 약 10 내지 45%의 압하율)과 고 변형 속도로 압연하고, 또한, γ→α변태를 감소하고, 재 결정을 지연시키기 위해, 상기 선재 또는 바아를 약 850℃부터 약 650℃ 내지 550℃로 급속냉각하여 열적 기계적 처리하는 단계로 이루어지는 고 강도이고 용접가능하며, 내식성과 내취성 파괴성이 우수한 프리스트레스강의 생산공정.
7. 하기의 조성을 갖는 강, 즉, 0.05 내지 0.20 질량% 탄소, 1.20 내지 1.70 질량% 망간, 0.30 내지 0.50 질량% 규소, 0.04 내지 0.06 질량% 나이오비움, 0.035 내지 0.05 질량% 바나듐, 0.30 내지 0.50 질량% 몰리브덴, 0.30 내지 2.00 질량% 구리, 0.04 내지 0.06 질량% 알루미늄, 0.015 내지 0.02 질량% 질소 ≤0.20 질량% 황≥0.03질량%인 및, 나머지가 철과 불가피한 불순물인 강을 용융하는 단계와, 이렇게 용융된 강을 약 120mm사각의 빌렛으로 형성키위해 응고하는 단계 및, 상기 빌렛을 선재 또는 바아로 가공하기 위해, 약 1150℃ 미만으로 재 가열시키고, 이렇게 재가열된 빌렛을 약 850℃까지, 고변형을(패스당 약 10 내지 45%의 압하율)과 고 변형속도로 압연하고 또한, γ→α변태를 감소하고, 재 결정을 지연시키기 위해, 상기 선재 또는 바아를 약 850℃부터 약 650℃내지 550℃로 급속냉각하고, γ→α변태 직전, 직후 또는 직전과 직후 650℃ 이하의 온도에서, 고변형율(패스당 약 10 내지 45%의 압하율)과 고변형 속도로 재차 압연하여 열적 기계적 처리하는 단계로 이루어지는 고 강도이고 용접가능하고, 내식성과 내취성 파괴성이 우수한 프리스트레스강의 생산공정.
8. 하기의 조성을 갖는 강, 즉, 0.05 내지 0.20 질량% 탄소, 1.20 내지 1.70 질량% 망간, 0.30 내지 0.50 질량% 규소, 0.04 내지 0.06 질량% 나이오비움, 0.035 내지 0.05 질량% 바나듐, 0.30 내지 0.50 질량% 몰리브덴, 0.30 내지 2.00 질량% 구리, 0.04 내지 0.06 질량% 알루미늄, 0.015 내지 0.02 질량% 질소 ≤0.20 질량% 황≥0.03 질량% 인 및, 나머지가 철과 불가피한 불순물인 강을 용융하는 단계와, 이렇게 용융된 강을 약 120mm사각인 빌렛으로 형성키위해 응고하는 단계 및, 상기 빌렛을 선재 또는 바아로 가공하기 위해, 약 1150℃미만으로 재 가열시키고, 이렇게 재가열된 빌렛을 약 850℃까지, 고변형율(패스당 약 10 내지 45%의 압하율)과 고 변형 속도로 압연하고, 또한, γ→α 변태를 감소하고, 재 결정을 지연시키기 위해, 상기 선재 또는 바아를 약 850℃부터 약 650℃ 내지 550℃로 급속냉각하고, 약 550℃부터 실온까지 직경(mm)당 0.25분의 속도로 냉각하여 열적 기계적 처리하는 단계로 이루어지는 고 강도이고 용접가능하고, 내식성과 내취성 파괴성이 우수한 프리스트레스강의 생산공정.
9. 하기의 조성을 갖는 강, 즉, 0.05 내지 0.20 질량% 탄소, 1.20 내지 1.70 질량% 망간, 0.30 내지 0.50 질량% 규소, 0.04 내지 0.06 질량% 나이오비움, 0.035 내지 0.05질량% 바나듐, 0.30 내지 0.50 질량% 몰리브덴, 0.30 내지 2.00질량% 구리, 0.04 내지 0.06 질량% 알루미늄, 0.015 내지 0.02 질량% ≤0.20 질량% 황≥0.03질량% 인 및, 나머지가 철과 불가피한 불순물인 강을 용융하는 단계와, 이렇게 용융된 강을 약 120mm 사각인 빌렛으로 형성키위해 응고하는 단계 및, 상기 빌렛을 선재 또는 바아로 가공하기 위해, 약 1150℃ 미만으로 재 가열시키고, 이렇게 재가열된 빌렛을 약 850℃까지, 고변형율(패스당 약 10 내지 45%의 압하율)과 고 변형속도로 압연하고, 또한 상기 선재 또는 바아를 스트레인 경화하여 열적 기계적 처리하는 단계로 이루어지는 고 강도이고 용접가능하고, 내식성과 내취성 파괴성이 우수한 프리스트레스강의 생산공정.

Images