KR102325473B1 - Steel material for earthquake-resistant structures and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내진구조물용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.30~0.50%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 0.5~1.0%, V: 0.10~0.30%, P: 0.03% 이하(0%는 제외), S: 0.03% 이하(0%는 제외), Al: 0.005% 이하(0%는 제외), N: 0.009~0.020%, 잔부 Fe 및 기타 불기피한 불순물을 포함하고, 표면으로부터 D/4에서 3D/4까지 영역의 미세조직은 30~40면적%의 페라이트 및 잔부 펄라이트를 포함하는 내진구조물용 강재 및 그 제조방법을 제공한다.
(단, 상기 D는 강재의 직경이며, 단위는 mm임.)The present invention relates to a steel material for an earthquake-resistant structure and a method for manufacturing the same.
One embodiment of the present invention is by weight%, C: 0.30 to 0.50%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.0%, V: 0.10 to 0.30%, P: 0.03% or less (excluding 0%) , S: 0.03% or less (excluding 0%), Al: 0.005% or less (excluding 0%), N: 0.009 to 0.020%, the remainder including Fe and other unavoidable impurities, from the surface at D/4 The microstructure of the region up to 3D/4 provides a steel material for an earthquake-resistant structure containing 30 to 40 area % of ferrite and the remaining pearlite and a manufacturing method thereof.
(However, D is the diameter of the steel, and the unit is mm.)
Description
본 발명은 내진구조물용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a steel material for an earthquake-resistant structure and a method for manufacturing the same.
앵커볼트는 기초볼트라 불리며, 건축을 하거나 기계 등을 설치할 때 콘크리트 바닥에 묻어 건축지지대를 고정시키는 구조물이다. 상기 앵커볼트는 형상에 따라 그 제조방법에 차이가 있지만, 통상적으로 선재압연 → 냉각 → 신선 → 전조 또는 봉강압연 → 냉각 → 전조 공정을 거쳐 제조된다. 한편, 국내 건설법과는 다르게 일본의 경우 지진에 대비하여 내진용 앵커볼트 사용을 의무화하고 있으며, 상기 앵커볼트는 내진용으로 사용되기 위하여 인장강도, 항복강도, 항복비, 연신율이 일정 기준을 만족해야 한다.Anchor bolts are called foundation bolts and are structures that are buried in the concrete floor to fix the building support when building or installing machinery. Although the manufacturing method of the anchor bolt is different depending on the shape, the anchor bolt is usually manufactured through a wire rod rolling → cooling → wire drawing → rolling or bar rolling → cooling → rolling process. On the other hand, unlike the domestic construction law, in Japan, the use of earthquake-resistant anchor bolts is compulsory in preparation for earthquakes. do.
인장강도 및 항복강도가 일정 기준을 만족해야 하는 이유는 항복비 0.75 이하를 충족시켜야 하기 때문이다. 이는 지진 발생시 건축물이 좌우로 움직이게 되고, 이때 철골 구조물이 소성변형을 하기 때문에, 내진용 앵커볼트는 저항복비를 확보해야 건물에 대한 안정성을 높힐 수 있다. 그러나, 항복비가 너무 낮게 되면 앵커볼트의 경우 체결력 자체가 낮아지게 되기 때문에 제품의 길이 및 두께가 증가되고, 지반깊이 또한 깊어지기 때문에 바람직하지 않다. 연신율 또한 같은 맥락이다. The reason that tensile strength and yield strength must satisfy certain criteria is that a yield ratio of 0.75 or less must be satisfied. When an earthquake occurs, the building moves left and right, and the steel structure undergoes plastic deformation at this time. However, if the yield ratio is too low, in the case of anchor bolts, since the fastening force itself is lowered, the length and thickness of the product are increased, and the ground depth is also increased, which is not preferable. The elongation is also in the same vein.
최근 일본과 같이 지진이 많이 발생하는 곳에서는 공사기간, 경제성 단축 및 수명 향상을 위해 항복선반이 동반된 내진구조물용 앵커볼트의 개발을 요구하고 있다. 앵커볼트에 항복선반이 발생하는 경우, 제품 길이를 줄일 수 있고, 두께 또한 얇게할 수 있어 경제성 측면에서 장점이 있기 때문이다. 도 1은 응력-연신율 그래프의 일례이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 항복선반은 탄성영역을 지난 다음 상부 항복 후 하부 항복에서 불균일한 변형이 일어나는 것으로서 N, C 등의 침입형 원소가 결정립 내 형성된 전위에 고착(pinning)되기 때문에 발생한다.In places where earthquakes occur frequently, such as in Japan, the development of anchor bolts for seismic structures with yield shelves is required to shorten the construction period, economic feasibility, and improve lifespan. This is because, when the yield shelf is generated in the anchor bolt, the product length can be reduced and the thickness can be reduced, which is advantageous in terms of economy. 1 is an example of a stress-elongation graph. As shown in Figure 1, the yield shelf is non-uniform deformation occurs in the lower yielding after the upper yielding after passing through the elastic region, and it occurs because interstitial elements such as N and C are pinning to dislocations formed in the grains.
제품에 항복선반이 요구되는 이유는 지진에 견디는 능력을 향상시킬 수 있기 때문이다. 도 2는 항복선반의 크기에 따른 앵커볼트의 휨 발생 정도를 나타내는 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 항복선반이 클 경우, 지진파가 건물에 도달했을 시, 휨 발생 정도가 커져 지진으로부터 보다 안전할 수 있다. The reason why a yield shelf is required for a product is that it can improve the ability to withstand earthquakes. Figure 2 is a schematic view showing the degree of bending of the anchor bolt according to the size of the yield shelf. As shown in Figure 2, when the yield shelf is large, when the seismic wave reaches the building, the degree of bending is increased, so that it can be safer from an earthquake.
따라서, 내진용 앵커볼트로 사용되기 위해서는 저항복비를 만족하며, 항복선반을 가져야 할 필요가 있다. Therefore, in order to be used as an anchor bolt for earthquake resistance, it is necessary to satisfy the resistance yield ratio and to have a yield shelf.
본 발명의 일측면은 내진구조물용 강재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것으로서, 보다 상세하게는, 저항복비 및 항복선반을 가지는 내진구조물용 강재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a steel material for an earthquake-resistant structure and a method for manufacturing the same, and more particularly, to provide a steel material for an earthquake-resistant structure having a resistance yield ratio and a yield shelf and a method for manufacturing the same.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.30~0.50%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 0.5~1.0%, V: 0.10~0.30%, P: 0.03% 이하(0%는 제외), S: 0.03% 이하(0%는 제외), Al: 0.005% 이하(0%는 제외), N: 0.009~0.020%, 잔부 Fe 및 기타 불기피한 불순물을 포함하고, 표면으로부터 D/4에서 3D/4까지 영역의 미세조직은 30~40면적%의 페라이트 및 잔부 펄라이트를 포함하는 내진구조물용 강재를 제공한다.One embodiment of the present invention is by weight%, C: 0.30 to 0.50%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.0%, V: 0.10 to 0.30%, P: 0.03% or less (excluding 0%) , S: 0.03% or less (excluding 0%), Al: 0.005% or less (excluding 0%), N: 0.009 to 0.020%, the remainder including Fe and other unavoidable impurities, at D/4 from the surface The microstructure of the region up to 3D/4 provides a steel material for earthquake-resistant structures containing 30-40 area % of ferrite and the remainder of pearlite.
(단, 상기 D는 강재의 직경이며, 단위는 mm임.)(However, D is the diameter of the steel, and the unit is mm.)
본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.30~0.50%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 0.5~1.0%, V: 0.10~0.30%, P: 0.03% 이하(0%는 제외), S: 0.03% 이하(0%는 제외), Al: 0.005% 이하(0%는 제외), N: 0.009~0.020%, 잔부 Fe 및 기타 불기피한 불순물을 포함하는 빌렛을 1000~1200℃에서 가열하는 단계; 상기 가열된 빌렛을 출측온도가 950~1100℃가 되도록 사상압연하여 선재를 얻는 단계; 및 상기 선재에 대하여 700~900℃의 영역을 1℃/s 이하의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 내진구조물용 강재의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention is by weight%, C: 0.30 to 0.50%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.0%, V: 0.10 to 0.30%, P: 0.03% or less (excluding 0%) , S: 0.03% or less (excluding 0%), Al: 0.005% or less (excluding 0%), N: 0.009 to 0.020%, balance Fe and other unavoidable impurities. heating; obtaining a wire rod by finishing rolling the heated billet at an exit temperature of 950 to 1100°C; And it provides a method of manufacturing a steel material for an earthquake-resistant structure comprising the step of cooling the region of 700 ~ 900 ℃ with respect to the wire at a cooling rate of 1 ℃ / s or less.
본 발명의 일측면에 따르면, 저항복비 및 항복선반을 가지는 내진구조물용 강재 및 그 제조방법을 제공할 수 있어, 내진 설계가 요구되는 건축구조물에 바람직하게 적용할 수 있으며, 이를 통해, 건축물의 안정성을 향상시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a steel material for an earthquake-resistant structure having a resistance yield ratio and a yield shelf and a manufacturing method thereof, and thus can be preferably applied to a building structure requiring an earthquake-resistant design, and through this, the stability of the building can improve
도 1은 응력-연신율 그래프의 일례이다.
도 2는 항복선반의 크기에 따른 앵커볼트의 휨 발생 정도를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발명예 2를 광학현미경으로 관찰한 미세조직 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발명예 2와 비교예 1의 응력-연신율 그래프이다.1 is an example of a stress-elongation graph.
Figure 2 is a schematic view showing the degree of bending of the anchor bolt according to the size of the yield shelf.
3 is a microstructure photograph of Inventive Example 2 according to an embodiment of the present invention observed with an optical microscope.
4 is a stress-elongation graph of Inventive Example 2 and Comparative Example 1 according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 내진구조물용 강재에 대하여 설명한다. 먼저, 본 발명의 합금조성에 대하여 설명한다. 다만, 하기 설명되는 합금조성의 단위는 특별한 언급이 없는 한, 중량%로 간주한다.Hereinafter, a steel material for an earthquake-resistant structure according to an embodiment of the present invention will be described. First, the alloy composition of the present invention will be described. However, the unit of the alloy composition described below is considered as weight % unless otherwise specified.
C: 0.30~0.50%C: 0.30 to 0.50%
C는 강도를 확보하기 위한 주요 원소이다. C는 펄라이트를 형성하는 주요 원소이며, 세멘타이트로 존재한다. 상기 C 함량은 0.1% 증가할 때마다 강도가 약 100MPa 증가한다. 상기 C 함량이 0.30% 미만인 경우에는 본 발명이 목표로 하는 강도를 확보할 수 없고, 0.50%를 초과하는 경우에는 펄라이트 분율 증가로 인해 항복점 연신이 발생하지 않거나 항복점 연신 길이가 작아짐에 따라 내진성을 확보하기 곤란할 수 있다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.30~0.50%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 C 함량의 하한은 0.32%인 것이 보다 바람직하고, 0.34%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.36%인 것이 가장 바람직하다. 상기 C 함량의 상한은 0.48%인 것이 보다 바람직하고, 0.46%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.44%인 것이 가장 바람직하다.C is a major element for securing strength. C is a major element forming pearlite and exists as cementite. For every 0.1% increase in the C content, the strength increases by about 100 MPa. When the C content is less than 0.30%, the strength targeted by the present invention cannot be secured, and when it exceeds 0.50%, no elongation at the yield point occurs due to an increase in the pearlite fraction, or seismic resistance is secured as the elongation at the yield point becomes smaller can be difficult to do. Therefore, the content of C is preferably in the range of 0.30 to 0.50%. The lower limit of the C content is more preferably 0.32%, even more preferably 0.34%, and most preferably 0.36%. The upper limit of the C content is more preferably 0.48%, even more preferably 0.46%, and most preferably 0.44%.
Si: 0.5~1.0%Si: 0.5~1.0%
Si는 페라이트 고용강화 원소로서, 페라이트 내에 고용되지만, 페라이트/세멘타이트 입계에도 편석되는 원소이다. 상기 Si 함량은 0.1% 증가할 때마다 약 14~16MPa의 항복강도가 증가한다. 상기 Si 함량이 0.5% 미만인 경우에는 본 발명이 목표로 하는 강도를 확보하기가 어렵고, 1.0%를 초과하는 경우에는 연성 저하가 발생하고, 스케일 박리가 어려워진다. 따라서, 상기 Si의 함량은 0.5~1.0%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Si 함량의 하한은 0.6%인 것이 보다 바람직하고, 0.7%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.75%인 것이 가장 바람직하다. 상기 Si 함량의 상한은 0.95%인 것이 보다 바람직하고, 0.9%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.85%인 것이 가장 바람직하다.As a ferrite solid solution strengthening element, Si is an element that is solid solution in ferrite but also segregates at ferrite/cementite grain boundaries. The Si content increases with a yield strength of about 14 to 16 MPa for every 0.1% increase. When the Si content is less than 0.5%, it is difficult to secure the strength targeted by the present invention, and when it exceeds 1.0%, ductility deterioration occurs and scale peeling becomes difficult. Accordingly, the Si content is preferably in the range of 0.5 to 1.0%. The lower limit of the Si content is more preferably 0.6%, even more preferably 0.7%, and most preferably 0.75%. The upper limit of the Si content is more preferably 0.95%, even more preferably 0.9%, and most preferably 0.85%.
Mn: 0.5~1.0%Mn: 0.5~1.0%
Mn은 오스테나이트 안정화 원소로서, 탈산 효과가 있으며, 강내 존재하는 S와 결합하여 MnS를 형성시켜 황에 의한 적열취성을 방지하는 역할도 한다. 또한, 강도도 소폭 증가시키지만, 안정적인 소입 확보를 위해 첨가한다. 상기 Mn의 함량이 0.5% 미만인 경우에는 강도 증가효과가 없고, 1.0%를 초과하는 경우에는 저온조직이 형성되는 문제가 있다. 따라서, 상기 Mn의 함량은 0.5~1.0%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 Mn 함량의 하한은 0.6%인 것이 보다 바람직하고, 0.65%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.7%인 것이 가장 바람직하다. 상기 Mn 함량의 상한은 0.9%인 것이 보다 바람직하고, 0.85%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.8%인 것이 가장 바람직하다.Mn is an austenite stabilizing element, has a deoxidation effect, and forms MnS by combining with S present in the steel to prevent red brittleness caused by sulfur. In addition, although the strength is slightly increased, it is added to ensure stable quenching. When the content of Mn is less than 0.5%, there is no effect of increasing the strength, and when it exceeds 1.0%, there is a problem in that a low-temperature structure is formed. Therefore, the Mn content is preferably in the range of 0.5 to 1.0%. The lower limit of the Mn content is more preferably 0.6%, more preferably 0.65%, and most preferably 0.7%. The upper limit of the Mn content is more preferably 0.9%, more preferably 0.85%, and most preferably 0.8%.
V: 0.10~0.30%V: 0.10 to 0.30%
V는 강중 존재하는 C와 결합하여 미세한 VC 석출물을 형성시킨다. 상기 V의 함량이 0.10% 미만인 경우에는 상기 미세한 VC 석출물에 의한 강도 증가 효과가 적어 본 발명이 목표로 하는 강도 등의 물성 확보가 용이하지 않고, 0.30%를 초과하는 경우에는 조대 VC탄화물이 결정입계에 형성되어 연성 및 인성을 크게 저하시키고, 이로 인해 일축으로 응력인가시 파단을 유발할 가능성이 있다. 따라서, 상기 V의 함량은 0.10~0.30%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 V 함량의 하한은 0.12%인 것이 보다 바람직하고, 0.14%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.16%인 것이 가장 바람직하다. 상기 V 함량의 상한은 0.28%인 것이 보다 바람직하고, 0.26%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.24%인 것이 가장 바람직하다.V combines with C present in the steel to form fine VC precipitates. When the content of V is less than 0.10%, the effect of increasing the strength by the fine VC precipitates is small, so it is not easy to secure physical properties such as strength targeted by the present invention. It is formed on the surface and greatly reduces ductility and toughness, which may cause fracture when stress is applied uniaxially. Therefore, the content of V is preferably in the range of 0.10 to 0.30%. The lower limit of the V content is more preferably 0.12%, even more preferably 0.14%, and most preferably 0.16%. The upper limit of the V content is more preferably 0.28%, even more preferably 0.26%, and most preferably 0.24%.
P: 0.03% 이하(0%는 제외)P: 0.03% or less (excluding 0%)
P는 강 중에 불순물로서 포함되며, 그 함량은 작을수록 바람직하나, 너무 극한으로 제한할 경우 제강 공정에서 불순물 제거에 대한 비용이 증가한다. 이에, 본 발명에서는 상기 P의 함량을 0.03% 이하로 관리한다. P is included as an impurity in steel, and its content is preferably as small as possible. However, if it is restricted to an extreme limit, the cost for removing impurities in the steelmaking process increases. Therefore, in the present invention, the P content is managed to 0.03% or less.
S: 0.03% 이하(0%는 제외)S: 0.03% or less (excluding 0%)
S는 강 중에 불순물로서 포함되며, 그 함량은 작을수록 바람직하나, 너무 극한으로 제한할 경우 제강 공정에서 불순물 제거에 대한 비용이 증가한다. 이에, 본 발명에서는 상기 S의 함량을 0.03% 이하로 관리한다. S is included as an impurity in steel, and its content is preferably as small as possible. However, if it is restricted to an extreme limit, the cost for removing impurities in the steelmaking process increases. Accordingly, in the present invention, the content of S is controlled to 0.03% or less.
Al: 0.005% 이하(0%는 제외)Al: 0.005% or less (excluding 0%)
Al은 O와 강한 반응을 하기 때문에 탈산재로 이용되며, 또한 강중 N과 결합하여 AlN을 형성하고, 이는 결정립을 미세화시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 항복점 연신을 형성시키기 위해 고용 N가 있어야 하므로, 이와 결합력이 강한 Al 첨가를 최대한 억제한다. 이에, 본 발명에서는 상기 Al의 함량을 0.005% 이하로 관리한다.Since Al reacts strongly with O, it is used as a deoxidizer, and also combines with N in steel to form AlN, which serves to refine grains. In the present invention, since there must be a solid solution N in order to form the elongation at the yield point, the addition of Al, which has a strong bonding force, is suppressed as much as possible. Accordingly, in the present invention, the Al content is managed to 0.005% or less.
N: 0.009~0.020%N: 0.009~0.020%
N은 C 처럼 강도를 크게 증가시키는 원소이며, 그 함량이 0.1% 증가할 때마다 강도는 100MPa 증가한다. 그러나, 무엇보다도 중요한 것은 상기 N이 본 발명에서 제안하는 항복선반이 동반된 앵커 볼트를 제조 가능하게 한다는 것이다. 상기 N은 전위에 고착(코트렐 효과(cottrell effect))될 수 있으며, 이때 항복적 연신을 유도한다. 상기 N의 함량이 0.009% 미만일 경우에는 항복선반 길이를 충분히 확보할 수 없고, 0.020%를 초과할 경우에는 질소 버블링 처리로 인하여 성분 제어가 힘들고, 또한, 연주 시 표면 균열 형성을 야기할 수 있다. 따라서, 상기 N의 함량은 0.009~0.020%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 N 함량의 하한은 0.01%인 것이 보다 바람직하고, 0.011%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.012%인 것이 가장 바람직하다. 상기 N 함량의 상한은 0.019%인 것이 보다 바람직하고, 0.018%인 것이 보다 더 바람직하며, 0.017%인 것이 가장 바람직하다.N is an element that greatly increases strength like C, and the strength increases by 100 MPa whenever its content increases by 0.1%. However, the most important thing is that the N makes it possible to manufacture the anchor bolt accompanied by the yield shelf proposed in the present invention. The N may be fixed to a dislocation (cottrell effect), in which case yielding elongation induce When the content of N is less than 0.009%, it is not possible to sufficiently secure the length of the yield shelf, and when it exceeds 0.020%, it is difficult to control the components due to nitrogen bubbling treatment, and also it may cause surface crack formation during playing. . Therefore, the content of N is preferably in the range of 0.009 to 0.020%. The lower limit of the N content is more preferably 0.01%, even more preferably 0.011%, and most preferably 0.012%. The upper limit of the N content is more preferably 0.019%, even more preferably 0.018%, and most preferably 0.017%.
본 발명 내진구조물용 강재의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 철강제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별이 본 명세서에서 언급하지는 않는다.The remaining component of the steel for earthquake-resistant structures of the present invention is iron (Fe). However, since unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed in the normal steel manufacturing process, this cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the steel manufacturing process, all of them are not specifically mentioned in this specification.
본 발명의 일 실시형태에 따른 내진구조물용 강재는 표면으로부터 D/4에서 3D/4까지 영역의 미세조직이 30~40면적%의 페라이트 및 잔부 펄라이트를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 D는 강재의 직경이며, 단위는 mm를 의미한다. 상기 중심부 영역의 미세조직의 페라이트 분율이 30면적% 미만일 경우에는 항복선반이 형성되지 않는 단점이 있으며, 40면적%를 초과할 항복비가 너무 낮아져 제품으로 사용할 수 없는 단점이 있다.In the steel material for earthquake-resistant structures according to an embodiment of the present invention, the microstructure of the region from D/4 to 3D/4 from the surface preferably includes 30 to 40 area% of ferrite and the remainder of pearlite. In this case, D is the diameter of the steel, and the unit means mm. When the ferrite fraction of the microstructure of the central region is less than 30 area %, there is a disadvantage that the yield shelf is not formed, and the yield ratio to exceed 40 area % is too low, so that it cannot be used as a product.
본 발명의 일 실시형태에 따른 내진구조물용 강재는 100nm 이하의 평균 크기를 갖는 VC 석출물이 강재 내에 형성되는 전체 VC 석출물 대비 40면적% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 상기 100nm 이하의 평균 크기를 갖는 VC 석출물의 분율이 전체 VC 석출물 대비 40면적% 미만인 경우에는 높은 강도를 확보하는데 어려운 단점이 있다.In the steel material for an earthquake-resistant structure according to an embodiment of the present invention, VC precipitates having an average size of 100 nm or less are preferably included in an area of 40% or more relative to the total VC precipitates formed in the steel. When the fraction of the VC precipitates having an average size of 100 nm or less is less than 40 area % of the total VC precipitates, it is difficult to secure high strength.
전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 강재는 인장강도: 750MPa 이상, 항복강도: 490MPa 이상, 항복비: 0.75 이하, 연신율: 20% 이상으로서, 우수한 강도, 연신율 및 저항복비를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 강재는 항복점 연신이 변형율 1.0% 이상까지 발생하여 우수한 내진성을 확보할 수 있음에 따라 내진용 앵커볼트 등으로 바람직하게 적용될 수 있다.The steel of the present invention provided as described above has tensile strength: 750 MPa or more, yield strength: 490 MPa or more, yield ratio: 0.75 or less, elongation: 20% or more, and may have excellent strength, elongation and resistive yield ratio. In addition, the steel of the present invention can be preferably applied as an earthquake-resistant anchor bolt, etc., as the yield point elongation can occur up to a strain of 1.0% or more to ensure excellent earthquake resistance.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 내진구조물용 강재의 제조방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method for manufacturing a steel material for an earthquake-resistant structure according to an embodiment of the present invention will be described.
우선, 상술한 합금조성을 갖는 빌렛을 1000~1200℃에서 가열한다. 상기 빌렛 가열온도가 1000℃ 미만인 경우에는 조대탄화물이 잔존하게 되는 단점이 있으며, 1200℃를 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립도가 커지기 때문에 선재의 연성이 저하되는 단점이 있다. 따라서, 상기 빌렛 가열온도는 1000~1200℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 빌렛 가열 온도의 하한은 1030℃인 것이 보다 바람직하고, 1060℃인 것이 보다 더 바람직하며, 1090℃인 것이 가장 바람직하다. 상기 빌렛 가열 온도의 상한은 1170℃인 것이 보다 바람직하고, 1140℃인 것이 보다 더 바람직하며, 1110℃인 것이 가장 바람직하다.First, the billet having the above-described alloy composition is heated at 1000 ~ 1200 ℃. When the billet heating temperature is less than 1000 ℃, there is a disadvantage that coarse carbide remains, and when it exceeds 1200 ℃, there is a disadvantage that the ductility of the wire rod decreases because the austenite grain size increases. Therefore, the billet heating temperature is preferably in the range of 1000 ~ 1200 ℃. The lower limit of the billet heating temperature is more preferably 1030°C, even more preferably 1060°C, and most preferably 1090°C. The upper limit of the billet heating temperature is more preferably 1170°C, even more preferably 1140°C, and most preferably 1110°C.
상기 빌렛 가열시, 가열시간은 90~120분일 수 있다. 상기 가열시간이 90분 미만인 경우에는 조대탄화물이 잔존할 수 있으며, 120분을 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화될 수 있다. 따라서, 상기 가열시간은 90~120분인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 가열시간은 90~120분인 것이 바람직하다. 상기 빌렛 가열시간의 하한은 95분인 것이 보다 바람직하고, 98분인 것이 보다 더 바람직하며, 100분인 것이 가장 바람직하다. 상기 빌렛 가열시간의 상한은 115분인 것이 보다 바람직하고, 112분인 것이 보다 더 바람직하며, 110분인 것이 가장 바람직하다.When the billet is heated, the heating time may be 90 to 120 minutes. If the heating time is less than 90 minutes, coarse carbides may remain, and if it exceeds 120 minutes, austenite grains may be coarsened. Therefore, the heating time is preferably 90 to 120 minutes. Therefore, the heating time is preferably 90 to 120 minutes. The lower limit of the billet heating time is more preferably 95 minutes, even more preferably 98 minutes, and most preferably 100 minutes. The upper limit of the billet heating time is more preferably 115 minutes, even more preferably 112 minutes, and most preferably 110 minutes.
이후, 상기 가열된 빌렛을 출측온도가 950~1100℃가 되도록 사상압연하여 선재를 얻는다. 상기 사상압연시 출측온도가 950℃ 미만인 경우에는 압연 부하에 의해 압연설비의 교체주기가 증가하는 단점이 있으며, 1100℃를 초과하는 경우에는 조대 결정립이 형성되는 단점이 있다. 따라서, 상기 열간압연 온도는 950~1100℃의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 압연온도의 하한은 970℃인 것이 보다 바람직하고, 990℃인 것이 보다 더 바람직하며, 1010℃인 것이 가장 바람직하다. 상기 열간압연 온도의 상한은 1080℃인 것이 보다 바람직하고, 1070℃인 것이 보다 더 바람직하며, 1060℃인 것이 가장 바람직하다.Thereafter, the heated billet is finished rolling so that the exit temperature is 950 to 1100° C. to obtain a wire rod. When the exit temperature during the finishing rolling is less than 950°C, there is a disadvantage in that the replacement cycle of the rolling equipment is increased by the rolling load, and when it exceeds 1100°C, there is a disadvantage in that coarse grains are formed. Therefore, the hot rolling temperature is preferably in the range of 950 ~ 1100 ℃. The lower limit of the rolling temperature is more preferably 970°C, even more preferably 990°C, and most preferably 1010°C. The upper limit of the hot rolling temperature is more preferably 1080°C, even more preferably 1070°C, and most preferably 1060°C.
이후, 상기 선재에 대하여 700~900℃의 영역을 1℃/s 이하의 냉각속도로 냉각한다. 상기 700~900℃의 온도 범위는 미세한 VC 석출물이 활발히 석출되는 구간이다. 따라서, 본 발명에서는 상기 700~900℃의 영역을 1℃/s 이하의 냉각속도로 냉각함으로써 미세 석출물을 안정적으로 형성하는 효과를 얻을 수 있다. 만일, 상기 냉각속도가 1℃/s를 초과하는 경우에는 미세석출물 확보에 어려움 존재 단점이 있다. 상기 냉각속도는 0.9℃/s 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.8℃/s 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.7℃/s 이하인 것이 가장 바람직하다.Thereafter, a region of 700 to 900° C. with respect to the wire rod is cooled at a cooling rate of 1° C./s or less. The temperature range of 700 ~ 900 ℃ is a section in which fine VC precipitates are actively precipitated. Therefore, in the present invention, it is possible to obtain the effect of stably forming fine precipitates by cooling the 700 ~ 900 ℃ region at a cooling rate of 1 ℃ / s or less. If the cooling rate exceeds 1 °C / s, there is a disadvantage in that it is difficult to secure fine precipitates. The cooling rate is more preferably 0.9°C/s or less, more preferably 0.8°C/s or less, and most preferably 0.7°C/s or less.
한편, 본 발명에서는 상기 냉각 공정 이후의 냉각 속도에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.In addition, in this invention, it does not specifically limit about the cooling rate after the said cooling process.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only examples for explaining the present invention in more detail, and do not limit the scope of the present invention.
(실시예)(Example)
하기 표 1에 기재된 합금조성을 가지며, 160×160mm2의 크기를 갖는 빌렛을 준비한 뒤, 상기 빌렛을 1180℃에서 100분간 가열하고, 이후, 마무리 압연하여 선재를 제조하였다. 이 때, 마무리 압연 출측온도는 980℃였다. 이후, 상기 선재에 대하여 700~900℃의 영역을 냉각속도로 냉각한 뒤, 공냉하였다. 이와 같이 제조된 선재에 대하여 미세조직, 전체 석출물 대비 100nm 이하의 평균 크기를 갖는 VC 석출물의 분율 및 기계적 물성을 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. After preparing a billet having an alloy composition shown in Table 1 and having a size of 160 × 160 mm 2 , the billet was heated at 1180° C. for 100 minutes, and then, finish rolling was performed to prepare a wire rod. At this time, the finish rolling exit temperature was 980 ℃. Thereafter, the wire rod was cooled in a region of 700 to 900° C. at a cooling rate, followed by air cooling. After measuring the microstructure, the fraction of VC precipitates having an average size of 100 nm or less compared to the total precipitates, and mechanical properties of the thus-prepared wire rod, the results are shown in Table 2 below.
이 때, 상기 미세조직은 광학현미경을 이용하여 ×200배 시야에서 촬영, 총 10장을 확보한 후 결정립이 원형임을 가정, 평균값을 이용하여 측정하였고, 상기 VC 석출물 분율은 레플리카 석출물 추출법을 이용하여 시험편을 제작, 투과전자현미경을 통해 임의의 500nm2 영역을 측정하였다. 항복강도, 인장강도, 항복점 연신 등의 기계적 물성은 인장 시험을 통해 측정하였다.At this time, the microstructure was measured using an average value, assuming that the crystal grains were circular after securing a total of 10 sheets by photographing at a ×200-fold field of view using an optical microscope, and the VC precipitate fraction was obtained using a replica precipitate extraction method. A test piece was prepared, and an arbitrary 500 nm 2 area was measured through a transmission electron microscope. Mechanical properties such as yield strength, tensile strength, and elongation at yield were measured through a tensile test.
(MPa)yield strength
(MPa)
(MPa)tensile strength
(MPa)
(%)elongation
(%)
발생 여부Yield Point Elongation
Whether it occurs
(%)Maximum elongation at yield point elongation
(%)
(면적%)microstructure
(area%)
(면적%)Fraction of VC precipitates having an average size of 100 nm or less compared to the total precipitates
(area%)
상기 표 1 및 2를 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 합금조성과 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 4의 경우에는 본 발명의 미세조직을 만족하고 있을 뿐만 아니라, 기계적 물성이 우수함을 알 수 있고, 특히, 항복점 연신이 1% 이상까지 발생하였음을 확인할 수 있다.As can be seen from Tables 1 and 2, in the case of Examples 1 to 4, which satisfy the alloy composition and manufacturing conditions proposed by the present invention, not only satisfy the microstructure of the present invention, but also have excellent mechanical properties. It can be confirmed that, in particular, the yield point elongation occurred up to 1% or more.
비교예 1 내지 3은 V 미첨가에 의한 VC 석출물이 형성되지 않았으며, 이로 인해 본 발명이 얻고자 하는 강도를 확보하지 못하였음을 알 수 있다. 특히, 비교예 1은 본 발명의 C 함량 범위 미만인 경우로서, 본 발명이 목표로 하는 강도를 확보할 수 없었으며, 비교예 3의 경우에는 본 발명의 C 함량 범위를 초과함에 따라 항복점 연신이 발생하지 않았음을 알 수 있다.In Comparative Examples 1 to 3, VC precipitates were not formed due to the non-addition of V, and it can be seen that, due to this, the strength desired by the present invention was not secured. In particular, Comparative Example 1 was less than the C content range of the present invention, and the strength targeted by the present invention could not be secured. It can be seen that he did not
비교예 4의 경우에는 본 발명이 제안하는 V 함량 범위 미만인 경우로서, VC 석출물에 의한 강도 증가 효과가 적어 본 발명이 목표로 하는 강도를 확보할 수 없었으며, 비교예 5의 경우에는 본 발명이 제안하는 V 함량 범위를 초과함에 따라 인장시험 중 파단이 일어난 것을 확인할 수 있다.In the case of Comparative Example 4, it was less than the V content range suggested by the present invention, and the strength increasing effect by the VC precipitate was small, so it was not possible to secure the strength targeted by the present invention, and in the case of Comparative Example 5, the present invention It can be confirmed that fracture occurred during the tensile test as the suggested V content range was exceeded.
비교예 6의 경우에는 본 발명이 제안하는 N 함량 범위 미만인 경우로서, 항복점 연신은 나타나나, 항복점 연신 길이가 짧은 것을 확인할 수 있다. 비교예 7은 본 발명이 제안하는 N 함량 범위를 초과하는 경우로서, 이 역시 항복점 연신은 나타나나, 항복점 연신 길이가 짧은 것을 확인할 수 있다. In the case of Comparative Example 6, as the case where the N content range proposed by the present invention is less, the elongation at the yield point appears, but it can be confirmed that the elongation at the yield point is short. Comparative Example 7 is a case in which the N content range proposed by the present invention is exceeded, and it can be seen that the yield point elongation is also shown, but the yield point elongation length is short.
비교예 8의 경우에는 본 발명이 제안하는 Al 함량 범위를 초과하는 경우로서, 항복점 연신은 나타나나, 항복점 연신 길이가 짧은 것을 확인할 수 있다. In the case of Comparative Example 8, the Al content range proposed by the present invention is exceeded, and the elongation at the yield point appears, but it can be confirmed that the elongation at the yield point is short.
도 3은 발명예 2를 광학현미경으로 관찰한 미세조직 사진이다. 도 3을 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예 2의 경우에는 적정 분율의 페라이트와 펄라이트가 형성되어 있을을 확인할 수 있다.3 is a microstructure photograph of Inventive Example 2 observed with an optical microscope. As can be seen from FIG. 3 , in the case of Inventive Example 2 that satisfies the conditions of the present invention, it can be confirmed that ferrite and pearlite of an appropriate fraction are formed.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발명예 2와 비교예 1의 응력-연신율 그래프이다. 도 4를 통해 알 수 있듯이, 발명예 2의 경우에는 비교예 1에 비하여 항복강도, 항복강도 및 연신율이 우수하였을 뿐만 아니라, 항복점 연신이 발생하였음을 확인할 수 있다.4 is a stress-elongation graph of Inventive Example 2 and Comparative Example 1 according to an embodiment of the present invention. As can be seen from FIG. 4 , in the case of Inventive Example 2, it can be confirmed that the yield strength, yield strength and elongation were excellent as compared to Comparative Example 1, and the elongation at the yield point occurred.
Claims (6)
표면으로부터 D/4에서 3D/4까지 영역의 미세조직은 30~40면적%의 페라이트 및 잔부 펄라이트를 포함하며,
100nm 이하의 평균 크기를 갖는 VC 석출물이 전체 VC 석출물 대비 40면적% 이상 포함되고,
연신율이 20% 이상인 내진구조물용 강재.
(단, 상기 D는 강재의 직경이며, 단위는 mm임.)
In wt%, C: 0.30 to 0.50%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.0%, V: 0.10 to 0.30%, P: 0.03% or less (excluding 0%), S: 0.03% or less ( 0% excluded), Al: 0.005% or less (excluding 0%), N: 0.009~0.020%, the balance consists of Fe and other unavoidable impurities,
The microstructure of the region from D/4 to 3D/4 from the surface contains 30-40 area% of ferrite and the remainder of pearlite,
VC precipitates having an average size of 100 nm or less are included in 40 area% or more of the total VC precipitates,
Steel for seismic structures with an elongation of 20% or more.
(However, D is the diameter of the steel, and the unit is mm.)
상기 강재는 인장강도: 750MPa 이상, 항복강도: 490MPa 이상, 항복비: 0.75 이하인 내진구조물용 강재.
The method according to claim 1,
The steel is tensile strength: 750 MPa or more, yield strength: 490 MPa or more, and yield ratio: 0.75 or less steel for earthquake-resistant structures.
상기 강재는 항복점 연신이 연신율 1.0% 이상까지 발생하는 내진구조물용 강재.
The method according to claim 1,
The steel material for earthquake-resistant structures in which the yield point elongation occurs up to an elongation of 1.0% or more.
상기 가열된 빌렛을 출측온도가 950~1100℃가 되도록 사상압연하여 선재를 얻는 단계; 및
상기 선재에 대하여 700~900℃의 영역을 1℃/s 이하의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하고,
상기 가열시, 가열시간은 90~120분인 내진구조물용 강재의 제조방법.
In wt%, C: 0.30 to 0.50%, Si: 0.5 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.0%, V: 0.10 to 0.30%, P: 0.03% or less (excluding 0%), S: 0.03% or less ( 0%), Al: 0.005% or less (excluding 0%), N: 0.009 to 0.020%, the balance Fe and other unavoidable impurities, heating the billet at 1000 ~ 1200 ℃;
obtaining a wire rod by finishing rolling the heated billet at an exit temperature of 950 to 1100°C; and
Comprising the step of cooling the region of 700 ~ 900 ℃ with respect to the wire rod at a cooling rate of 1 ℃ / s or less,
When heating, the heating time is a method of manufacturing a steel material for an earthquake-resistant structure of 90 to 120 minutes.
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GRNT | Written decision to grant |