KR102418039B1 - 초고강도 철근 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

초고강도 철근 및 이의 제조방법과 관련한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 탄소(C): 0.10~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.5~1.0 중량%, 망간(Mn): 0.40~1.80 중량%, 크롬(Cr): 0.10~1.0 중량%, 바나듐(V): 0 초과 0.2 중량% 이하, 구리(Cu): 0 초과 0.4 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.070 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 주석(Sn): 0 초과 0.1 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.03 중량% 이하, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 식 1에 따른 탄소당량(Ceq): 0.7 이상이며, 상기 초고강도 철근은 중심부; 및 상기 중심부의 외주면에 형성되는 표층부;를 포함하며, 상기 표층부는 템퍼드 마르텐사이트를 포함하고, 상기 중심부는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지며, 상기 페라이트는 다각형 페라이트 및 침상형 페라이트 중 하나 이상을 포함하며, 항복강도(YS): 700MPa 이상 및 인장강도/항복강도(TS/YS): 1.25 이상이다.

Description

초고강도 철근 및 이의 제조방법 {ULTRA HIGH STRENGTH STEEL DEFORMED BAR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 초고강도 철근 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 내진성능이 우수한 건축 구조물용 초고강도 철근 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 공간의 활용도를 높이기 위해 설치되는 구조물들은 대형화 되어 가고 있다. 이에 따라, 보다 높은 강도를 가지는 철근이 필요하다. 예전에는 항복강도를 기준으로 500MPa의 철근이 요구되었으나, 최근에는 항복강도가 600~700MPa인 철근이 요구되고 있는 실정이며, 향후에는 1.0GPa 이상급 철근에 대한 수요도 예상된다.
한편, 최근 국내외적으로 발생하고 있는 지진, 화재, 강풍, 폭설, 지반침하 및 싱크홀 등의 자연재해, 또는 인위적 재난 등에 대비한 건축 구조물의 안정성 확보가 국민 인프라 안전을 확보하는데 필수적으로 작용하고 있다. 이를 위해 구조물의 안전설계는 필수적이며, 이에 따라 내진강재 개발이 절실한 상황이다. 내진특성을 부여하기 위해 탄소(C), 망간(Mn), 바나듐(V) 및 니오븀(Nb) 등의 여러 종류의 합금성분 첨가를 통한 소성변형능의 증대가 필요하지만, 과량의 합금철 투입은 생산 원가 상승을 초래하는 문제가 있다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1095486호(2011.12.19 공고, 발명의 명칭: 내진용 철근의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 내진용철근)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고강도 및 내진특성이 우수한 초고강도 철근 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 합금원소 첨가량 저감 및 공정 단순화를 통하여 생산성 및 원가 절감 효과가 우수한 초고강도 철근 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 초고강도 철근에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 탄소(C): 0.10~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.5~1.0 중량%, 망간(Mn): 0.40~1.80 중량%, 크롬(Cr): 0.10~1.0 중량%, 바나듐(V): 0 초과 0.2 중량% 이하, 구리(Cu): 0 초과 0.4 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.070 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 주석(Sn): 0 초과 0.1 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.03 중량% 이하, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 1에 따른 탄소당량(Ceq): 0.7 이상이며, 상기 초고강도 철근은 중심부; 및 상기 중심부의 외주면에 형성되는 표층부;를 포함하며, 상기 표층부는 템퍼드 마르텐사이트를 포함하고, 상기 중심부는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지며, 상기 페라이트는 다각형 페라이트 및 침상형 페라이트 중 하나 이상을 포함하며, 항복강도(YS): 700MPa 이상 및 인장강도/항복강도(TS/YS): 1.25 이상이다:
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr]+[V]+[Mo])/5 + ([Cu]+[Ni])/15
(상기 식 1에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [V], [Mo], [Cu] 및 [Ni]는 상기 철근에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)의 함량(중량%) 이다).
한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 항복강도(YS) 700~850MPa, 인장강도/항복강도(TS/YS) 1.25~1.35 및 연신율(El) 10% 이상일 수 있다.
한 구체예에서 상기 중심부는 페라이트 30~45 부피%, 펄라이트 30~45 부피% 및 베이나이트 15~25 부피%를 포함하는 미세조직으로 이루어질 수 있다.
한 구체예에서 상기 철근은 횡단면 기준 표층부 5~15 면적% 및 중심부 85~95 면적%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 중심부는 경도 350Hv 이상인 코어경화층을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 코어경화층은 하부 베이나이트(lower bainite) 및 평균 크기 5~10㎛인 미세 페라이트를 포함하는 미세조직으로 이루어질 수 있다.
한 구체예에서 상기 코어경화층은 경도 350~400Hv이고, 상기 코어경화층을 제외한 중심부는 경도 240~280Hv 이며, 표층부는 경도 330~360Hv 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 철근은 횡단면 기준 상기 코어경화층을 15~30 면적%로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 초고강도 철근의 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 초고강도 철근 제조방법은 탄소(C): 0.10~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.5~1.0 중량%, 망간(Mn): 0.40~1.80 중량%, 크롬(Cr): 0.10~1.0 중량%, 바나듐(V): 0 초과 0.2 중량% 이하, 구리(Cu): 0 초과 0.4 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.070 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 주석(Sn): 0 초과 0.1 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.03 중량% 이하, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 1에 따른 탄소당량(Ceq): 0.7 이상인 반제품을 재가열하는 단계; 상기 재가열된 반제품을 마무리 압연온도: 850~1000℃ 조건으로 열간압연하여 압연재를 제조하는 단계; 및 상기 압연재를 Ms 온도 이하까지 냉각하는 단계;를 포함하되, 상기 냉각은 상기 압연재를 500~700℃까지 복열하는 단계;를 포함하여 이루어지는 초고강도 철근 제조방법이며, 상기 초고강도 철근은 중심부; 및 상기 중심부의 외주면에 형성되는 표층부;를 포함하며, 상기 표층부는 템퍼드 마르텐사이트를 포함하고, 상기 중심부는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지며, 상기 페라이트는 다각형 페라이트 및 침상형 페라이트 중 하나 이상을 포함하며, 항복강도(YS): 700MPa 이상 및 인장강도/항복강도(TS/YS): 1.25 이상이다:
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr]+[V]+[Mo])/5 + ([Cu]+[Ni])/15
(상기 식 1에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [V], [Mo], [Cu] 및 [Ni]는 상기 K제품에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)의 함량(중량%) 이다).
한 구체예에서 상기 냉각은 상기 압연재의 선속 6.7~7.2m/s 및 비수량 3.7~3.9 l/kg 조건으로 실시할 수 있다.
한 구체예에서 상기 재가열은 1050~1250℃에서 실시할 수 있다.
한 구체예에서 상기 중심부는 경도 350Hv 이상인 코어경화층을 포함할 수 있다.
본 발명의 초고강도 철근은 고강도 및 내진특성이 우수하며, 합금원소 첨가량 저감 및 공정 단순화를 통하여 생산성 및 원가 절감 효과가 우수하며, 건축구조물에 적용시, 지진이 발생하는 경우 일반 철근에 비하여 붕괴시점을 지연시키며, 건설 공기 단축 효과 및 공사 원가 절감 효과가 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 초고강도 철근 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 초고강도 철근의 횡단면도이다.
도 3은 비교예 1 철근의 횡단면도이다.
도 4(a)는 실시예 철근의 표층부 미세조직이며, 도 4(b)는 실시예 철근의 중심부 미세조직이며, 도 4(c)는 실시예 철근 중심부의 코어경화층의 미세조직 사진이다.
도 5(a)는 비교예 1 철근의 표층부 미세조직이며, 도 5(b)는 비교예 1 철근의 중심부 미세조직이며, 도 5(c)는 비교예 1 철근 중심부의 미세조직 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
초고강도 철근
본 발명의 하나의 관점은 초고강도 철근에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 탄소(C): 0.10~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.5~1.0 중량%, 망간(Mn): 0.40~1.80 중량%, 크롬(Cr): 0.10~1.0 중량%, 바나듐(V): 0 초과 0.2 중량% 이하, 구리(Cu): 0 초과 0.4 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.070 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 주석(Sn): 0 초과 0.1 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.03 중량% 이하, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 상기 초고강도 철근의 구성 성분에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소(C)는 강의 강도를 높이는데 가장 효과적이며 특히 인장강도를 높이는 중요한 원소이다. 상기 탄소는 오스테나이트에 고용되어 담금질시 마르텐사이트 조직을 형성시킨다. 탄소량 증가에 따라 담금질 경도를 향상시키지만 담금질시 변형 가능성을 크게 만든다. 철(Fe), 크롬(Cr), 바나듐(V) 및 티타늄(Ti) 등의 원소와 화합하여 탄화물을 형성, 강도와 경도를 향상시킨다.
한 구체예에서 상기 탄소는 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0.10~0.45 중량% 포함된다. 상기 탄소를 0.10 중량% 미만으로 포함시 강도 및 경도 확보가 어려우며, 0.45 중량%를 초과하여 포함하는 경우 담금질시 변형 가능성이 증가하며, 연신율 및 저온 인성을 확보하기 어려울 수 있다. 바람직하게는 0.35~0.40 중량% 포함될 수 있다.
실리콘(Si)
상기 실리콘(Si)은 몰리브덴 및 크롬 등과 같이, 경화능을 증가시키는 원소이며, 탈산제로 사용된다. 상기 실리콘은 강력한 탈산제로써, 2 중량% 이상 첨가시에는 인성이 저하되고 소성가공성을 해치기 때문에 첨가량에 한계가 있다. 또한 상기 실리콘은 템퍼링(뜨임)시 연화 저항성을 증대시키는 효과도 있다. 또한 경화능 원소로서 특정 제어 냉각 범위에서 경화상을 형성할 수 있다.
한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0.5~1.0 중량% 포함된다. 상기 함량의 실리콘을 포함시, 오스테나이트(γ) → 페라이트(α) 상변태 온도 변화와 페라이트 내 탄소의 고용도 변화로, 입계 이동을 방해하고 입자 조대화를 방지하며 복합 페라이트(다각형 및 침상형)와 베이나이트가 형성되는 온도구간에서 잔류 바나듐(V)과 탄소 및 질소(C, N)의 결함을 유도하여 VCN 석출물을 페라이트 내부에 형성하여 재질특성과 기계적 물성이 우수할 수 있다. 상기 실리콘을 0.5 중량% 미만으로 포함시 그 첨가효과가 미미하며, 1.0 중량%를 초과하여 포함시 강 표면에 산화물을 형성하여 강의 연성 및 가공성을 저하시킬 수 있다. 바람직하게는 0.50~0.65 중량% 포함될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 강의 오스테나이트 안정화 원소로 경화능을 향상시키는데 효과적이다. 망간의 일부는 강 속에 고용되며, 일부는 강 중에 함유된 황과 결합하여 비금속개재물인 MnS를 형성하는데, 상기 MnS는 연성이 있어서 소성 가공시 가공방향으로 길게 연신된다. 그러나 상기 MnS의 형성으로 강 속에 있는 황 성분이 감소하면서 결정립이 취약해지고 저융점 화합물인 FeS의 형성을 억제시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 망간은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0.40~1.80 중량% 포함된다. 상기 망간을 0.40 중량% 미만으로 포함시 그 첨가효과가 미미하며, 1.80 중량%를 초과하여 포함시 MnS 등 비금속개재물 함량이 증가하여, 용접시 크랙 등의 결함이 발생할 수 있다. 바람직하게는 1.2~1.5 중량% 포함될 수 있다.
크롬(Cr)
상기 크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소로, 본 발명의 탄소 및 망간 함유 강에 첨가시 용질 방해효과로 탄소의 확산을 지연하여 입도 미세화에 영향을 미치며, 경화능을 향상시키는 역할을 한다.
한 구체예에서 상기 크롬은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0.10~1.0 중량% 포함된다. 상기 크롬을 0.10 중량% 미만으로 포함시, 그 첨가효과가 미미하며, 1.0 중량%를 초과하여 포함시 용접성 또는 열영향부 인성이 저하될 수 있다. 바람직하게는 0.2~0.5 중량% 포함될 수 있다.
바나듐(V)
상기 바나듐(V)은 탄화물 형성능이 크롬보다 강하며, 결정립을 미세화시키기 때문에 스테인리스강이나 절삭공구강의 개량에도 이용된다. 또한 타 금속원소와도 화합물을 형성하여 석출경화 효과가 현저하기 때문에 석출경화형강이나 영구자석 등에도 사용된다.
한 구체예에서 상기 바나듐은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0 초과 0.2 중량% 이하 포함된다. 상기 바나듐을 0.2 중량% 초과하여 포함시 생산단가가 상승하여 경제성이 저하되고, 저온충격인성이 저하될 수 있다. 바람직하게는 0.08~0.15 중량% 포함될 수 있다.
구리(Cu)
상기 구리(Cu)는 상온에서 페라이트에 약 0.35 중량%까지 고용되며, 고용강화효과를 나타내므로 강도 및 경도는 약간 개선되나 연신율을 저하시킬 수 있다. 구리를 함유한 강은 열간가공성이 문제가 되며, 특히 0.5 중량% 이상 포함시 적열취성의 원인이 된다. 또한 구리가 소량 함유되어 있어도 대기나 해수중에서 내식성이 현저히 증가하며, 0.4%이상 첨가시 구리의 미세석출에 의한 석출경화 효과가 나타나므로 실제 스테인리스강에서는 약 4% 정도 첨가 석출시켜 강력한 스태인리스강을 만들고 있다.
한 구체예에서 상기 구리는 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0 초과 0.4 중량% 이하 포함된다. 상기 구리를 0.4 중량% 초과하여 포함시 열간 가공성, 연신율이 저하되거나 적열 취성이 발생할 수 있다. 바람직하게는 0.1~0.3 중량% 포함될 수 있다.
몰리브덴(Mo)
상기 몰리브덴(Mo)은 경화능을 증가시키는 원소로 사용되며, 본 발명에서 강의 강도, 인성 및 경화능을 향상시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 몰리브덴은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0 초과 0.5 중량% 이하 포함된다. 상기 몰리브덴을 0.5 중량%를 초과하여 포함시 용접성이 저하될 수 있다. 바람직하게는 0.001~0.1 중량% 포함될 수 있다.
알루미늄(Al)
상기 알루미늄(Al)은 탈산제로 기능할 수 있다. 한 구체예에서 상기 알루미늄은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0.015~0.070 중량% 포함된다. 상기 알루미늄을 0.015 중량% 미만으로 포함시 그 첨가효과가 미미하며, 0.070 중량%를 초과하여 포함시 산화알루미늄(Al2O3) 등의 비금속개재물 생성량이 증가될 수 있다. 바람직하게는 0.015~0.025 중량% 포함될 수 있다.
니켈(Ni)
상기 니켈(Ni)은 강의 강도를 증가시키고, 저온 충격치를 확보할 수 있도록 한다. 한 구체예에서 상기 니켈은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0 초과 0.25 중량% 이하 포함된다. 상기 니켈을 0.25 중량%를 초과하여 포함시, 상온 강도가 과다하게 높아져 용접성 및 인성이 열화될 수 있다. 바람직하게는 0.0001~0.005 중량% 포함될 수 있다.
주석(Sn)
상기 주석(Sn)은 내식성을 확보하기 위해 첨가될 수 있다. 한 구체예에서 상기 주석은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 이하 포함된다. 상기 주석을 0.1 중량%를 초과하여 포함시, 연신율이 현저히 저하될 수 있다. 바람직하게는 0.0001~0.005 중량% 포함될 수 있다.
인(P)
상기 인(P)은 강 중에 균일하게 분포되어 있으면 별 문제가 되지 않지만 보통 Fe3P를 형성한다. 상기 Fe3P는 극히 취약하고 편석되어 있어서 풀림처리를 해도 균질화되지 않고 단조, 압연 등 가공시 길게 늘어난다. 상기 인은 충격저항을 저하시키고 뜨임취성을 촉진하며 쾌삭강에서는 피삭성을 개선시키지만 일반적으로 강에 해로운 원소로 취급된다.
한 구체예에서 상기 인은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0 초과 0.05 중량% 이하 포함된다. 상기 인을 0.05 중량%를 초과하여 포함시 중심 편석 및 미세 편석을 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 주며, 연성을 악화시킬 수 있다. 바람직하게는 0 초과 0.03 중량% 이하 포함될 수 있다.
황(S)
상기 황(S)은 망간(Mn), 아연(Zn), 티타늄(Ti) 및 몰리브덴(Mo) 등과 결합하여 강의 피삭성을 개선시키며 망간과 결합하여 MnS 개재물을 형성한다. 강 중에 상기 망간 함량이 충분하지 못할 경우 철과 결합하여 FeS를 형성한다. 이 FeS는 매우 취약하고 용융점이 낮기 때문에 열간 및 냉간가공시에 균열을 일으킨다. 따라서 이러한 FeS 개재물 형성을 피하기 위해 망간과 황의 비는 약 5:1로 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 황은 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0 초과 0.03 중량% 이하 포함된다. 상기 황을 0.03 중량%를 초과하여 포함시 연성이 크게 저하되며, MnS 등의 비금속 개재물 발생량이 현저히 증가할 수 있다. 바람직하게는 0 초과 0.025 중량% 이하 포함될 수 있다.
질소(N)
상기 질소(N)는 극히 미량으로도 강의 기계적 성질에 큰 영향을 미치며, 인장강도, 항복강도를 증가시키는 반면 연신율을 저하시킨다. 특히 충격치의 감소 및 천이온도의 상승이 현저하다. 상기 질소는 침입형 원소로써 확산속도가 빠르고 페라이트에 대해 0.1 중량%에서 0.003 중량%까지 연속적으로 용해도 변화를 나타낸다. 또한 상기 질소는 티타늄, 지르코늄, 바나듐 및 니오븀 등과 질화물을 형성하여 결정립을 미세화시킨다.
한 구체예에서 상기 질소는 상기 초고강도 철근 전체중량에 대하여 0.005~0.02 중량% 포함된다. 상기 질소를 0.005 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.02 중량%를 초과하여 포함시, 강의 연신율 및 성형성이 저하될 수 있다. 바람직하게는 0 초과 0.01 중량% 이하 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 하기 식 1로 표현되는 탄소당량(Ceq)이 0.7 이상이다:
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr]+[V]+[Mo])/5 + ([Cu]+[Ni])/15
(상기 식 1에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [V], [Mo], [Cu] 및 [Ni]는 상기 철근에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)의 함량(중량%) 이다).
상기 탄소당량이 0.7 이상인 경우 본 발명의 철근에 요구되는 내진성능과 항복강도를 달성할 수 있다. 상기 탄소당량이 0.7 미만인 경우, 본 발명의 철근의 내진성능과 강도가 저하될 수 있다. 예를 들면 상기 탄소당량은 0.7~0.8 일 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 초고강도 철근의 횡단면도이다. 상기 도 2를 참조하면 상기 초고강도 철근은 중심부(20); 및 중심부(20)의 외주면에 형성되는 표층부(10);를 포함한다.
상기 표층부는 템퍼드 마르텐사이트(tempered martensite)를 포함한다.
상기 중심부는 페라이트(ferrite), 펄라이트(pearlite) 및 베이나이트(bainite)를 포함하는 미세조직으로 이루어진다. 예를 들면 상기 중심부는 페라이트 30~45 부피%, 펄라이트 30~45 부피% 및 베이나이트 15~25 부피%를 포함하는 미세조직으로 이루어질 수 있다. 상기 미세조직의 부피분율 조건으로 중심부 형성시 강도 및 내진성능이 모두 우수할 수 있다.
상기 페라이트는 다각형 페라이트(polygonal ferrite) 및 침상형 페라이트(acicular ferrite) 중 하나 이상을 포함한다.
한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 횡단면 기준 표층부 5~15 면적% 및 중심부 85~95 면적%를 포함할 수 있다. 상기 조건에서 강도 및 내진성능이 우수할 수 있다. 예를 들면 표층부 5~10 면적% 및 중심부 90~95 면적%를 포함할 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 중심부(20)는 코어경화층(22)을 포함할 수 있다. 상기 코어경화층은 응력유기변태를 통해 형성되며, 내진특성 및 강도가 동시에 우수할 수 있다.
상기 코어경화층은 하부 베이나이트(lower bainite) 및 평균 크기 5~10㎛인 미세 페라이트를 포함하는 미세조직으로 이루어질 수 있다. 상기 코화경화층이 상기 미세조직으로 이루어지는 경우, 내진특성 및 강도가 동시에 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 미세 페라이트는 평균 크기가 6~8㎛ 일 수 있다.
상기 코어경화층은 경도가 350Hv 이상일 수 있다. 상기 조건에서 본 발명의 초강도 철근의 내진특성과 강도가 동시에 우수할 수 있다.
예를 들면 상기 코어경화층은 경도 350~400Hv 이고, 상기 코어경화층을 제외한 중심부는 경도 240~280Hv 이며, 표층부는 경도 330~360Hv 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 횡단면 기준 상기 코어경화층을 15~30 면적%로 포함할 수 있다. 상기 조건으로 코어경화층 형성시 내진특성과 강도가 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 코어경화층을 15~25 면적%로 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 항복강도(YS) 700MPa 이상, 인장강도/항복강도(TS/YS) 1.25 이상 및 연신율(El) 10% 이상이다. 상기 조건에서 강도 및 내진성능이 모두 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 초고강도 철근은 항복강도(YS) 700~850 MPa, 인장강도/항복강도(TS/YS) 1.25~1.35 및 연신율(El) 10~20% 일 수 있다.
초고강도 철근 제조방법
본 발명의 다른 관점은 초고강도 철근의 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 초고강도 철근 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 초고강도 철근 제조방법은 (S10) 반제품 재가열 단계; (S20) 압연재 제조단계; 및 (S30) 냉각단계;를 포함한다.
보다 구체적으로 상기 초고강도 철근 제조방법은 (S10) 탄소(C): 0.10~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.5~1.0 중량%, 망간(Mn): 0.40~1.80 중량%, 크롬(Cr): 0.10~1.0 중량%, 바나듐(V): 0 초과 0.2 중량% 이하, 구리(Cu): 0 초과 0.4 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.070 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 주석(Sn): 0 초과 0.1 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.03 중량% 이하, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 탄소당량(Ceq): 0.7 이상인 반제품을 재가열하는 단계; (S20) 상기 재가열된 반제품을 마무리 압연온도: 850~1000℃ 조건으로 열간압연하여 압연재를 제조하는 단계; (S30) 상기 압연재를 Ms 온도 이하까지 냉각하는 단계;를 포함하되, 상기 냉각은 상기 압연재를 500~700℃까지 복열하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 제조된 초고강도 철근은 중심부; 및 상기 중심부의 외주면에 형성되는 표층부;를 포함하며, 상기 표층부는 템퍼드 마르텐사이트를 포함하고, 상기 중심부는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지며, 상기 페라이트는 다각형 페라이트 및 침상형 페라이트 중 하나 이상을 포함하며, 항복강도(YS): 700MPa 이상 및 인장강도/항복강도(TS/YS): 1.25 이상이다.
이하, 상기 초고강도 철근 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 반제품 재가열 단계
상기 단계는 탄소(C): 0.10~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.5~1.0 중량%, 망간(Mn): 0.40~1.80 중량%, 크롬(Cr): 0.10~1.0 중량%, 바나듐(V): 0 초과 0.2 중량% 이하, 구리(Cu): 0 초과 0.4 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.070 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 주석(Sn): 0 초과 0.1 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.03 중량% 이하, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 재가열하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 반제품은, 전술한 합금성분의 용강을 연속주조하여 제조된 블룸 또는 빌렛일 수 있다.
상기 반제품에 포함되는 성분은 전술한 바와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한 구체예에서 상기 반제품은 하기 식 1로 표현되는 탄소당량(Ceq)이 0.7 이상이다:
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr]+[V]+[Mo])/5 + ([Cu]+[Ni])/15
(상기 식 1에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [V], [Mo], [Cu] 및 [Ni]는 상기 반제품에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)의 함량(중량%) 이다).
상기 탄소당량이 0.7 이상인 경우 본 발명의 철근에 요구되는 내진성능과 항복강도를 달성할 수 있다. 상기 탄소당량이 0.7 미만인 경우, 본 발명의 철근의 내진성능과 강도가 저하될 수 있다. 예를 들면 상기 탄소당량은 0.7~0.8 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 재가열은 1050~1250℃에서 실시될 수 있다. 상기 조건으로 재가열시 편석 성분과 석출물이 충분히 재고용되며, 압연 부하를 최소화할 수 있다. 예를 들면 상기 재가열은 1050~1150℃에서 실시될 수 있다.
(S20) 압연재 제조단계
상기 단계는 상기 재가열된 반제품을 마무리 압연온도: 850~1000℃ 조건으로 열간압연하여 압연재를 제조하는 단계이다.
예를 들면 상기 압연재는 상기 재가열된 반제품을 1050~1150℃의 온도에서 열간압연을 시작하여, 마무리 압연온도: 850~1000℃ 조건으로 종료하여 제조될 수 있다. 한 구체예에서 상기 열간압연은 조압연(RM), 중간사상압연(IM) 및 사상압연(FM) 등을 거쳐 실시될 수 있다.
상기 열간 압연시 마무리 압연온도 850℃ 미만으로 실시하는 경우, 압연 부하를 유발하여 생산성을 저하시키고 열처리 효과를 저감시키며, 상기 마무리 압연온도가 1000℃를 초과하여 실시하는 경우, 조대 펄라이트 조직이 형성되어 강도가 저하될 수 있다. 예를 들면 마무리 압연온도 940~1000℃ 조건으로 실시할 수 있다.
(S30) 냉각단계
상기 단계는 상기 압연재를 템프코어를 거쳐 Ms 온도 이하까지 냉각하는 단계이다. 예를 들면, 상기 압연재를 템프코어(tempcore) 공정을 거쳐 상기 압연재의 표면 온도를 마르텐사이트 변태시작온도(Ms 온도) 이하까지 냉각할 수 있다.
상기 압연재의 표면 온도를 Ms 온도를 초과하는 온도에서 냉각 종료시, 본 발명이 목표로 하는 철근의 복합 미세조직을 형성하기 어려우며, 이로 인해 본 발명이 목표로 하는 강도 확보가 어려울 수 있다.
한 구체예에서 상기 템프코어 공정시, 상기 냉각된 압연재를 500~700℃까지 복열하는 단계를 포함한다. 상기 복열 온도를 확보하지 못하는 경우, 목적하는 표층부에서의 경화층의 두께를 확보할 수 없다. 예를 들면 상기 냉각된 압연재를 630~680℃까지 복열할 수 있다. 상기 압연재는 상기 복열 후에, 공랭될 수 있다.
상기 냉각은, 템프코어 공정을 거쳐 상기 압연재의 표면을 Ms 이하까지 냉각하여, 표층부를 형성하고, 상기 표층부를 제외한 압연재의 중심부는 제어 냉각을 통해 응력 유기 변태를 유발할 수 있다. 상기 냉각시 상기 중심부는 다각형 및 침상형 중 하나 이상의 페라이트 30~45 부피%, 펄라이트 30~45 부피% 및 베이나이트 15~25 부피%를 포함하는 복합 미세조직이 형성되되, 상기 중심부에 하부 베이나이트(응력 유기 베이나이트) 및 미세 페라이트로 구성된 코어경화층이 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 템프코어 공정시, 상기 압연재의 선속 6.7~7.2m/s 및 비수량 3.7~3.9 l/kg(또는 3.7~3.9 l/압연재-kg) 조건으로 실시할 수 있다. 상기 조건으로 비수량 및 선속을 제어시, 본 발명이 목표로 하는 복열온도를 달성할 수 있으며, 상기 초고강도 철근의 표층부 형성을 제어하며, 유기 응력 변태를 통해 상기 초고강도 철근 중심부에 베이나이트 및 미세 페라이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지는 코어경화층의 형성을 유도할 수 있다. 또한 상기 압연재의 선속 및 비수량 조건에서 냉각이 충분하게 이루어져 본 발명이 목표로 하는 복열온도 범위를 달성할 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 횡단면 기준 표층부 5~15 면적% 및 중심부 85~95 면적%를 포함할 수 있다. 상기 조건에서 강도 및 내진성능이 우수할 수 있다. 예를 들면 표층부 5~10 면적% 및 중심부 90~95 면적%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 중심부는 코어경화층을 포함할 수 있다. 상기 코어경화층은 응력유기변태를 통해 형성되며, 내진특성 및 강도가 동시에 우수할 수 있다.
상기 코어경화층은 하부 베이나이트(lower bainite) 및 평균 크기 5~10㎛인 미세 페라이트를 포함하는 미세조직으로 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 상기“ 크기”는, 상기 미세 페라이트의 최대 길이를 의미할 수 있다. 상기 코화경화층이 상기 미세조직으로 이루어지는 경우, 내진특성 및 강도가 동시에 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 미세 페라이트는 평균 크기가 6~8㎛ 일 수 있다.
상기 코어경화층은 경도가 350Hv 이상일 수 있다. 상기 조건에서 본 발명의 초강도 철근의 내진특성과 강도가 동시에 우수할 수 있다.
예를 들면 상기 코어경화층은 경도 350~400Hv 이고, 상기 코어경화층을 제외한 중심부는 경도 240~280Hv 이며, 표층부는 경도 330~360Hv 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 횡단면 기준 상기 코어경화층을 15~30 면적%로 포함할 수 있다. 상기 조건으로 코어경화층 형성시 내진특성과 강도가 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 코어경화층을 15~25 면적%로 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고강도 철근은 항복강도(YS) 700MPa 이상, 인장강도/항복강도(TS/YS) 1.25 이상 및 연신율(El) 10% 이상일 수 있다. 상기 조건에서 강도 및 내진성능이 모두 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 초고강도 철근은 항복강도(YS) 700~850 MPa, 인장강도/항복강도(TS/YS) 1.25~1.35 및 연신율(El) 10~20% 일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예 및 비교예 1~8
하기 표 1과 같은 성분 및 함량의 합금 성분과 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 반제품을 제조하였다. 또한, 상기 반제품의 탄소 당량을 하기 식 1에 따라 계산하여 표 1에 함께 나타내었다.
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr]+[V]+[Mo])/5 + ([Cu]+[Ni])/15
(상기 식 1에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [V], [Mo], [Cu] 및 [Ni]는 상기 반제품에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)의 함량(중량%) 이다).
그 다음에, 실시예 및 비교예 성분의 반제품을 하기 표 2의 조건으로 재가열한 다음, 열간 압연을 실시하여 압연재를 제조하였다. 그 다음에, 상기 압연재를 상기 표 2의 선속과 비수량 조건으로 템프코어 냉각을 거쳐 Ms 온도 이하까지 냉각하였다. 또한, 상기 템프코어 냉각시 상기 압연재의 복열온도를 하기 표 2에 함께 나타내었다.
Figure 112020084816609-pat00001
상기 실시예 및 비교예 1~8에서 제조된 철근에 대하여 항복강도(YS), 항복비(TS/YS) 및 연신율(%)과, 철근의 중심부 미세조직과, 철근의 횡단면을 기준으로 한 표층부의 단면적을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Figure 112020084816609-pat00002
Figure 112020084816609-pat00003
상기 표 3의 결과를 참조하면, 상기 실시예 1은 상기 비교예 1 및 2에 비하여 바나듐(V) 함량을 절감했음에도 실리콘(Si) 함량을 증가시켜, 철근의 충분한 재질 확보가 가능함을 알 수 있었다. 상기 실시예에서 실리콘(Si)의 함량 증가는, 오스테나이트(γ) → 페라이트(α) 상변태 온도 변화와 페라이트 내 탄소 고용도 변화로 입계 이동을 방해하여 입자 조대화를 방지하고, 복합(다각형+침상형) 페라이트와 베이나이트가 형성되는 온도구간에서 잔류 바나듐(V)과 탄소, 질소(C, N)의 결합을 유도하여, VCN 석출물을 페라이트 내부에 형성하여 재질 상승에 기여하였을 것으로 판단된다. 또한, 상기 실시예는 요구되는 철근의 물성을 확보하기 위해 종래의 냉각을 따르지 않고, 템프코어시 비수량과 선속의 제어로 표층부의 제어와, 철근 중심부에 베이나이트 및 미세 페라이트로 구성된 코어경화층의 형성을 유도하였다.
하기 도 2는 실시예에 따라 제조된 초고강도 철근의 횡단면도이며, 도 3은 비교예 1의 철근의 횡단면도를 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예의 철근은 상기 중심부는 페라이트 42 부피%, 펄라이트 34 부피% 및 베이나이트 24 부피%를 포함하는 미세조직으로 이루어는 중심부(20)와, 중심부(20)의 외주면에 형성되며, 템퍼드 마르텐사이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지는 표층부(10)를 포함하며, 중심부(20)에는 하부 베이나이트 및 미세 페라이트를 포함하는 복합 미세조직으로 이루어지는 코어경화층(22)이 형성된 것을 알 수 있다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 비교예 1의 철근은 다각형 페라이트 35 부피% 및 펄라이트 65 부피%를 포함하는 중심부(2)와, 중심부(2)의 외부면에 형성되며, 템퍼드 마르텐사이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지는 표층부(1)를 포함하는 것을 알 수 있다.
하기 도 4(a)는 실시예 철근의 표층부 미세조직이며, 도 4(b)는 실시예 철근의 중심부 미세조직이며, 도 4(c)는 실시예 철근 중심부의 코어경화층의 미세조직 사진이다. 또한 하기 도 5(a)는 비교예 1 철근의 표층부 미세조직이며, 도 5(b)는 비교예 1 철근의 중심부 미세조직이며, 도 5(c)는 비교예 1 철근 중심부의 미세조직 사진이다.
상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 실시예의 철근은 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 갖는 표층부(경도 370Hv)와, 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 중심부(경도 260Hv)가 형성되었으며, 상기 중심부에는 철근 횡단면 기준으로 약 15~25 면적%의 코어경화층(경도 350Hv)이 형성되었음을 알 수 있었다. 또한, 상기 코어경화층은 하부 베이나이트(lower bainite) 및 평균 크기 약 7~8㎛인 미세 페라이트를 포함하는 미세조직이 형성된 것을 알 수 있었다.
반면 비교예 1의 철근은 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 갖는 표층부(경도 370Hv)와, 다각형 페라이트를 포함하는 중심부(경도 260Hv)가 형성되었으며, 상기 중심부에 상기 실시예와 같은 코어경화층이 형성되지 않았음을 알 수 있었다.
상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예 및 비교예 1의 철근은 명확한 미세조직의 차이를 확인할 수 있으며, 미소 경도 측정 결과에서도 실시예 철근의 중심부 경도치는 비교예 1에 비하여 약 100Hv 높음을 확인할 수 있었다. 상기 실시예의 코어경화층은, 마무리 열간압연시 축적된 변형에너지와, 냉각 제어를 통한 연계 효과로 응력 유기 변태(Stress Induced Transformation, SIT)를 통한 상 제어를 통해 형성된 것이며, 본 발명의 비수량 3.7~3.9 l/압연재-kg 조건에서 코어경화층의 확보가 가능한 것을 알 수 있었다.
그러나 실리콘(Si)의 첨가량이 너무 높아지면, 강도 확보에는 유리하나, 연신율을 저하하는 영향을 미치므로 적정한 실리콘(Si) 첨가가 중요함을 알 수 있다.
또한 항복강도(YS) 700MPa 이상의 초고강도 강재에 내진성능을 동시에 확보하기 위해서는 일정 탄소당량(Ceq) 이상을 확보해야만 한다. 탄소당량(Ceq)이 0.64인 비교예 3의 경우, 실리콘(Si) 첨가 효과를 통해 내진성능의 확보 가능성을 보이지만, 실시예 1에 비해 강도가 저하됨을 알 수 있다. 또한 탄소당량(Ceq)이 0.67인 비교예 4 철근 또한 본 발명이 목표로 하는 항복강도와 내진성능에 미치지 못함을 확인 할 수 있다. 이는, 내진성능과 강도 확보가 가능한 실리콘 첨가와 탄소 당량 0.7 이상을 모두 확보해야 함을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
1, 10: 표층부 2, 20: 중심부
22: 코어경화층

Claims (12)

  1. 탄소(C): 0.10~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.5~1.0 중량%, 망간(Mn): 0.40~1.80 중량%, 크롬(Cr): 0.10~1.0 중량%, 바나듐(V): 0 초과 0.2 중량% 이하, 구리(Cu): 0 초과 0.4 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.070 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 주석(Sn): 0 초과 0.1 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.03 중량% 이하, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 1에 따른 탄소당량(Ceq): 0.7~0.8인 초고강도 철근이며,
    상기 초고강도 철근은 중심부; 및 상기 중심부의 외주면에 형성되는 표층부;를 포함하며,
    상기 표층부는 템퍼드 마르텐사이트를 포함하고, 상기 중심부는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지며,
    상기 페라이트는 다각형 페라이트 및 침상형 페라이트 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 중심부는 코어경화층을 포함하되, 상기 코어경화층은 하부 베이나이트(lower bainite) 및 평균 크기 5~10㎛인 미세 페라이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지고,
    상기 표층부는 경도 330~360Hv이며, 상기 코어경화층은 경도 350~400Hv이고, 상기 코어경화층을 제외한 중심부는 경도 240~280Hv 이며,
    항복강도(YS): 700~850MPa, 인장강도/항복강도(TS/YS): 1.25~1.35 및 연신율 10~20%인 것을 특징으로 하는 초고강도 철근:
    [식 1]
    Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr]+[V]+[Mo])/5 + ([Cu]+[Ni])/15
    (상기 식 1에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [V], [Mo], [Cu] 및 [Ni]는 상기 철근에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)의 함량(중량%) 이다).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중심부는 페라이트 30~45 부피%, 펄라이트 30~45 부피% 및 베이나이트 15~25 부피%를 포함하는 미세조직으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고강도 철근.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 철근은 횡단면 기준 표층부 5~15 면적% 및 중심부 85~95 면적%를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 철근.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 철근은 횡단면 기준 상기 코어경화층을 15~30 면적%로 포함하는 것을 특징으로 하는 초고강도 철근.
  9. 탄소(C): 0.10~0.45 중량%, 실리콘(Si): 0.5~1.0 중량%, 망간(Mn): 0.40~1.80 중량%, 크롬(Cr): 0.10~1.0 중량%, 바나듐(V): 0 초과 0.2 중량% 이하, 구리(Cu): 0 초과 0.4 중량% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.5 중량% 이하, 알루미늄(Al): 0.015~0.070 중량%, 니켈(Ni): 0 초과 0.25 중량% 이하, 주석(Sn): 0 초과 0.1 중량% 이하, 인(P): 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.03 중량% 이하, 질소(N): 0.005~0.02 중량%, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 1에 따른 탄소당량(Ceq): 0.7~0.8인 반제품을 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 반제품을 마무리 압연온도: 850~1000℃ 조건으로 열간압연하여 압연재를 제조하는 단계; 및
    상기 압연재를 Ms 온도 이하까지 냉각하는 단계;를 포함하되,
    상기 냉각은 상기 압연재를 500~700℃까지 복열하는 단계;를 포함하여 이루어지는 초고강도 철근 제조방법이며,
    상기 냉각은 압연재의 선속 6.7~7.2m/s 및 비수량 3.7~3.9 l/kg 조건으로 실시되고,
    상기 초고강도 철근은 중심부; 및 상기 중심부의 외주면에 형성되는 표층부;를 포함하며,
    상기 표층부는 템퍼드 마르텐사이트를 포함하고, 상기 중심부는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지며,
    상기 페라이트는 다각형 페라이트 및 침상형 페라이트 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 중심부는 코어경화층을 포함하되, 상기 코어경화층은 하부 베이나이트(lower bainite) 및 평균 크기 5~10㎛인 미세 페라이트를 포함하는 미세조직으로 이루어지고,
    상기 표층부는 경도 330~360Hv이며, 상기 코어경화층은 경도 350~400Hv이고, 상기 코어경화층을 제외한 중심부는 경도 240~280Hv 이며,
    항복강도(YS): 700~850MPa, 인장강도/항복강도(TS/YS): 1.25~1.35 및 연신율 10~20%인 것을 특징으로 하는 초고강도 철근 제조방법:
    [식 1]
    Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Cr]+[V]+[Mo])/5 + ([Cu]+[Ni])/15
    (상기 식 1에서, 상기 [C], [Mn], [Cr], [V], [Mo], [Cu] 및 [Ni]는 상기 반제품에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)의 함량(중량%) 이다).
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 재가열은 1050~1250℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 초고강도 철근 제조방법.
  12. 삭제
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