KR930012255B1 - 용접작업성이 개선된 프리스트레스 콘크리이트용 강봉 또는 강선 - Google Patents

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Description

용접작업성이 개선된 프리스트레스 콘크리이트용 강봉 또는 강선

제1a도 및 제1b도는 (a)공정 및 (b)공정으로 처리한 각 공시체(供試體)에 대해서 실시한 고온이완시험결과 각각을 통합해서 도시한 선도.

제2도는 (a) 고정으로 처리한 각 공시체의 용접부를 흐르는 용접전류치와 부착력과의 상관관계를 도시한 선도.

제3도는 본 발명에 있어서의 Ti, B 첨가에 유무가 관계하는 부착력의 불균일상태를 (a)공정으로 처리한 각 공시체에 대해서 도시한 선도.

본 발명은 지연파괴특성 및 기계적성질, 특히 균일신장과 고온이완치가 뛰어난 프리스트레스 콘크리이트용 강봉 또는 강선(이하 PC강봉.선이라고 한다)의 용접작업성을 개선하는데 있다.

PC강봉.선을 제조하는 한 방법으로서, 소재강봉.선의 고강도화수단을 열처리에 의존하는 경우가 있으며, 예를들면 일본국 특허발명(특허 제493409호 : 특공소 41-13363호)이 개시한 바와 같이, 소재강봉.선을 연속적으로 주행시키면서 급속가열과 급냉에 의해 담금질하고, 이어서 소정뜨임온도까지 급속가열, 급냉하는 방법이 주지 기술로 되어 있다.

근래, 프리스트레스 콘크리이트부재 제조공정의 단축을 도모하기 위하여, 상기 특허발명이 이루어진 당시에는 고려되지 않았던 오오토클레이브양생을 PC강봉.선에 의한 응력도입후의 콘크리이트부재에 실시하는 제조방법이 실시되어. 순차적으로 보급되어 왔다. 오오토클레이브양생은 공지된 바와 같이 콘크리이트부재중에 포장되어 있는 PC강봉. 선의 이완치를 증대시키고, 도입응력을 저하시키는 결과를 초래하였다.

본 발명의 한쪽 당사자는 이 사태에 대처하기 위하여, 열처리공정에 회부하여 제조되는 PC강봉.선의 소재성분으로서, 특허발명에서는 0.2∼0.3중량% 정도의 함유량이었던 Si를 0.5∼2.0 최고 2.3중량% 정도까지 첨가하므로서 지연파괴특성 및 기계적성질, 특히 균일신장과 고온이완치가 뛰어난 PC강봉.선을 개발하여 콘크리이트부재의 제조자의 요청에 대응하여 왔다.

또, 고품질, 즉 고응력도입을 유지하는 것의 요구에 대응하는 경우를 위하여, 일본국 특공소 62-49334호(특허 제1545042호)에 개시된 바와 같이, 소재강재에 Si를 상기와 같이 다량으로 첨가하는 동시에, 담금질에 계속되는 뜨임시에, 당해 뜨임온도에 가열한 상태하에서 미소한 구부림변형(2% 이하)을 부가한 후에 급냉하는 공정에 회부하는 것을 내용으로 한 발명을 하고, 균일신장을 유지하면서 또 고온이완치를 낮게 억제한 제품을 개발하였다.

그런데 PC강봉.선의 대다수는 철근바구니(鐵筋籠)편성기를 사용하여 보조근과의 교차점을 용접해서 철근 바구니로 편성하고, 프리스트레스콘크리이트부재의 구성부재로서 사용된다. 철근바구니를 편성할때의 PC강봉.선과 보조근과의 교차점을 용접하는 경우, 통상에서는 당해 교차점에 용접전류를 통전하여 점용접하나, Si를 다량첨가한 PC강봉.선은 통전할때의 전류가 흐르기 어렵기 때문에, Si 함유량이 미량인 특허 제493409호 발명에 관한 PC강봉.선(이하 보통품이라고 한다)의 경우에 비해서 50% 정도나 높은 설정용접전압치로 하지 않으면 용접부에 충분한 부착강도를 얻을 수 없었다.

철근바구니를 편성하는 입자는 Si량이 적은 보통품도, 다량을 Si를 첨가한 PC강봉.선(이하 뜨임가열시에 미소 구부림부가의 유무에 관계없이 종래품이라고 한다.)도 항상 번갈아 취급하고 있으며, 전압의 설정변경을 빈번히 행하지 않으면 안되기 때문에, 지극히 번쇄(煩쇄)하고 작업성이 저하한다고 하는 문제점이 지적되어, 해결책이 구하여지고 있었다.

본 발명은 Si를 댜량으로 첨가한 종래품 PC강봉.선에 존재하는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 당해 PC강봉.선이 가지는 지연파괴특성 및 기계적성질, 특히 균일신장과 고온이완치에 뛰어난 점을 더 향상시키면서 용접작업성이 개선된 프리스트레스콘크리이트용 강봉 또는 강선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 기본으로 하는 요지는,

(1) 열처리공정으로 프리스트레스콘크리트용 강봉 또는 강선을 제조하는 경우의 당해 강봉 또는 강선의 소재기본성분이 C : 0.10∼0.40, Si : 0.15∼2.0, Mn : 0.6∼2.0, Mo : 0.08∼0.35중량% 함유하고, 잔여부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지고, 또한 상기 Si 함유량의 감소와 Mo 함유량의 증대를 대응시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접작업성이 개선된 프리스트레스콘크리트용 강봉 또는 강선이고,

(2) 상기 제(1)항에 있어서, 상기 열처리공정이란 (a)소재강봉 또는 강선을 연속적으로 주행시키면서, 제1의 급속가열과 제1의 급냉에 의한 담금질, 및 당해 담금질에 계속되는 소정온도까지의 제2의 급속가열과 제2의 급냉을 실시하는 것을 내용으로 하는 공지의 열처리공정과, (b) 소재강봉 또는 강선을, 연속적으로 주행시키면서, 제1의 급속가열과 제1의 급냉에 의한 담금질, 및 담금질에 계속되는 소정온도까지의 제2의 급속가열을 실시한 온도상태하에서 2% 이하의 구부림변형을 부가한 후에 제2의 급냉을 실시하는 것을 내용으로 하는 공지된 열처리공정의 어느것인가이며,

(3) 상기 제(1)항에 있어서, 상기 소재기본성분에, 또 Ti : 0.01∼0.05와 B : 0.0005∼0.005의 각 중량%를 첨가하고, 잔여부가 철 및 불가피불순물로 이루어지고, 또한 상기 Si 함유량의 감소와 Mo 함유량의 증대를 대응시키도록 한 성분으로 이루어지는 용접작업성이 개선된 프리스트레스콘크리트용 강봉 또는 강선이고,

(4) 상기 제(1)항 또는 제(3)항에 있어서, 상기 소재기본성분의 Si와 Mo과의 사이의 함유량의 중량%로 ; [Si]-2[Mo]＜1.3의 관계로 한 용접작업성이 개선된 프리스트레스콘크리트용 강봉 또는 강선이다.

본 발명은 소재 강봉.선에 Mo의 첨가, 또는 Mo 및 Ti와 B이 미량참가에 의해 지금까지 다량으로 참가되어 있던 Si량을 감함으로서 Mo를 Si로 치환시키고, 지연파괴특성 및 기계적성질, 특히 균일신장과 고온이완치에 뛰어난 점을 더 향상시키면서, 동시에 통전성을 향상시키고, 따라서 용접시의 인가전압을 굳이 높이지 않아도 양호한 용접상태를 얻는 것이 가능하게 하여, 용접작업성의 비약적인 개선을 다하는 작용을 한다.

바꿔말하면, 본 발명자는 Si를 다량으로 첨가한 종래품이 통전시의 설정전압을 높이지 않으면 용접부에 충분한 부착강도를 얻을 수 없는 원인이 함유량이 많은 Si에 있는 것을 문제시하고, 종래품((a),(b)의 어느 공정처리품도 포함함)이 나타낸 제반특성을 더 향상시키면서, 균일신장과 고온이완특성에 다대한 기여를 하고 있는 Si에 대체할 수 있는 참가성분을 구하는 것에 노력하여, 모색과 다수의 실험을 거듭한 결과, Mo가 거의 만족할 수 있는 대체첨가성분요소로 될 수 있는 것을 발견하였다.

이하 본 발명 PC강봉.선에 대해서 실시한 각종 시험예를 이하에 개시한다.

공시체 (供試體)의 작성

본 발명자는 첨가화학성분을 Mo의 첨가 및 Mo에 Ti, B를 가중첨가하는 동시에, Si량을 여러가지 바꾼 각 소재강선과, Mo의 첨가없이 Si량을 여러가지 바꾼 각 소재강선을 각각 위에든 본 발명의 요지(1)이 (a)에 따르는 열처리공정, 즉 제1의 급속가열과 제1의 급냉에 의한 담금질 및 소정뜨임온도까지의 제2의 급속가열을 한 후에 제2의 급냉을 하는 공정, 및 (b)에 따르는 열처리공정, 즉 제1의 급속가열과 제1의 급냉에 의한 담금질에 계속되는 제2의 뜨임가열시에 뜨임온도상태하에서 2% 이하의 구부림변형을 부가한 후에 제2의 급냉을 가하는 공정 각각에 회부하고, JIS 규격의 이형종(異形種) D종에 상당하는 본 발명에 따른 공시체와 종래품 공시체를 작성하였다.

각 공시체 각각의 첨가화학성분은 제1표에 표시한 바와 같으며, 선직경은 각 공시체 모두 9.2mm이었다. 또, (b)공정으로 실시한 미소구부림 변형부여량은 모두 동일한 0.95%이었다.

[표 1]

[기계적성질시험]

각 공시체에 대해서 기계적성질을 구하였다. 공정(a) 및 (b)에 부친 각 공시체는 담금질조건을 동일하게 하고, 또한 뜨임마무리 인장강도가 거의 동일하게 되도록 제2의 뜨임가열조건 및 냉각조건을 설정한 결과로서, 기계적성질은 (a), (b) 양공정 모두 거의 동일한 수치를 표시하므로, 대표예로서 공정(b)에 부친 각공시체의 기계적성질만을 제2도에 예시한다. 또한, 제2도에는 후술하는 다른 시험결과도 병기하나, 이들에 대해서는 (a), (b) 양공정 공시체에 대해서 게재하고 있다.

동표의 기계적성질에 대해서 고찰하면, 본 발명품은 종래품과 동등한 기계적 성질을 구비하고 있는 것이 확인된다. 특히 말할 수 있는 점은, 본 발명품은 균일신장의 저하가 종래품에 비해서 적고, Si량이 0.73중량(공시체 No.12)이어도 종래품의 Si : 1.7중량% 클래스재(공시체 No.7)와 동등치를 표시하는 것이다.

또한, 데이터는 생략하나, 본 실험예에 있어서의 각 공시체에 부여한 미소구부림 변형부여량은 0.95%이었으나, 적어도 2% 이하의 구부림변형을 부여한 어느 경우도, 본 발명품은 균일신장의 저하가 적은 것을 다른 실험결과에서 확인하고 있다.

[지연파괴시험]

다음에 본 발명자가 행한 로단암몬(50℃)법에 의한 지연파괴시험에 대해서 설명한다. 당해 시험은 공정(a) 및 (b) 각각에 부친 종래품 공시체 No.2,3,7 및 본 발명품 공시체 No. 10,11,17에 대해서 실시되었다. 각각의 검체수(檢體數)는 5(n=5)이다.

공정(a)에 부친 공시체의 시험결과를 제3표, 또 공정(b)에 부친 공시체의 시험결과를 제4표로해서 표시하였다.

[표 3]

[표 4]

제3표 및 제4표 어느 것을 고찰해도, Si량이 동등한 본 발명품 공시체와 종래품 공시체와의 대비에 있어서, Mo의 첨가는 유효하고, 또한, Ti, B의 미량가증 첨가도 유효하며, 자연파괴 특성의 향상이 확인되었다.

[고온이완시험]

다음에, 본 발명자는 각 공시체에 대해서 상온 및 고온이완 시험을 실시하였다. 시험결과를 제2표에 병기하는 동시에, 특히 본 발명이 종래품의 특성유지를 유의하는 고온이완치에 대해서, 본 발명의 특징의 하나인 Mo인 Si와의 사이의 함유량의 상관관계를 명시하기 위하여 시험결과를 제1도의 그래프로해서 표시한다. 동도면(a)는 (a)공정처리 공시체에 대한 결과이고, 또, 동도면(b)는 (b)공정처리 공시체에 대한 결과이다.

각 도면 모두, 가로축에 Si함류량(중량%)을 세로축에 고온이완치(%)를 취하여, 각 공시체의 고온이완치를 도시하였다. 이 경우, Si를 제외한 함유성분원소가 거의 같은 공시체를 동일타이프계로서 하기에 표시한 동일기호로 나타내고, 또한 Ti, B첨가의 유무에 관계없이, 도면중에서는 동일계열로한 각 경향곡선(傾向曲線) A∼D을 구하였다. 또한, 괄호내의 번호는 공시체 No.를 표시한다.

(a) 공정처리공시체의 결과를 표시한 제1도 (a)를 고찰하면, Mo : 0.1%를 함유한 공시체계열 B는 종래품 공시체계열계 A에 대하여, Si 함유량이 많아짐에 따라서 차이치는 작게 되나, 획실하게 고온이완치를 개선하여 Si : 1% 이하에서는 1%를 넘는 대폭적인 차이치를 표시하는 것이 명확하게 된다. Mo : 0.2% 및 0.3%를 함유한 공시체계열 C 및 D는 Si함유량이 작은 경우에 더 현저한 차이치를 나태내어, 큰 개선효과가 있는 것이 확인되었다. 또, Ti,B 첨가의 유무가 고온 이완치에 영향을 미치지 않는 것을 동도면을 말하고 있다.

또 (b) 공정처리공시체의 결과를 표시한 제1도 (b)를 고찰하면, (a) 도면 마찬가지로 Mo첨가에 의한 대폭적인 개선효과가 명확하게 되는 동시에, 미소구부림 변형부여효과도 여전히 온존(溫存)되어 있는 것이 확인된다. 동시에 Ti, B첨가의 유무가 고온이완치에 영향을 미치지 않는 것도 동도면을 나타내고 있다.

[표 2]

[용접부 부착력 측정시험]

또 본 발명자는 각 공시체에 대해서, 용접부의 부착력을 조사하는 실험을 행하였다.

선직경 9.2mm의 각 공시체와 선직경 3.2mm의 보조근과의 교차점을 Si가 미량인 보통품의 용접시에 설정되는 용접전압 : 1.45V로 용접하고, 용접부에 흐르는 용접전류를 측정하는 동시에, 용접부의 부착력을 JISG3551「용접금망」의 용접점전단강도 시험방법에 따라서 시험하였다.

실험결과는 제2표에 (a)공정처리 공시체 및 (b)공정처리공시체 모두 데이터를 게재하였다. 동표에서 발명품 공시체는 처리공정이 (a), (b)의 어느 것이어도, 거의 마찬가지의 결과를 나타내고 있는 것이 판명된다. 함유성분이 부착력에 어떻게 영향하는지를 발명품과 종래품을 대비해서 설명하기 위하여, (a) 공정처리의 각공시체에 대한 결과를 대표적예로서 제2도의 선도에 예시한다. 동도면의 가로축에는 Si함유량을 세로축의 하단쪽에는 용접부에 흐르는 용접전류치 암페이(A), 상단쪽에는 부착력(kgf/mm²)을 취하고, 각공시체에 대해서의 측정전류치 및 용접점 전단강도시험 결과를 도시하여, 용접전류치와 부착력과의 상관관계가 본 발명에 의해 어떻게 변화하는지를 조사하였다. 도시치는 각 공시체의 검체수 n=10의 평균치이고, 또 도면에 있어서 기호는 앞서든 각 함유성분공시체 타이프계를 표시한다.

제2도에서 종래품 공시체의 □,■타이프계에서는 Si함유량이 1%를 초과하면 차츰 용접부에 용접전류가 흐르기 어렵게 되고, 따라서 부착력이 급속히 저하하고 있다. 이에 대하여, Mo를 함유한 공시체 ●,▲타이프계에서는 종래품에 비해서 현격히 용접전류가 흐르기 쉽고, 따라서 부착력이 크다. 특히 Mo 및 Ti, B를 함유한 공시체 타이프계 ○,◎,△에서는 Si함유량이 1.75% 정도까지의 용접 전류치는 거의 변하지 않고, Mo만 첨가한 경우에 비해 Si를 다량으로 함유한 때의 부착력이 현저히 향상되는 것이 명확하게 되었다.

본 발명자는 상기 시험과 평행해서, Ti, B의 첨가의 유무에 의한 부착력의 불균일상태를 조사하였다. 그 일부를 제3도로해서 개시한다.

동도면은 거의 동일량의 Si : 2%, Mo : 0.1%를 포함하나, Ti, B의 첨가없는 공시체 No,18과 Ti, B 첨가있는 공시체 No.19에 대한 조사결과를 대비해서 표시한 것이고, Ti, B의 미량첨가가 부착력의 안전성확보에 기여하고 있는 것이 확인되었다. 그런데, 본 발명에서는 각각의 첨가화학성분을 아하의 범위로 한다.

본 발명품은 열처리에 의해 PC강봉·선으로 필요한 강도를 얻는 것이고, 담금질성을 부여하는 C를 0.10∼0.40중량%로 한다. C량이 0.10% 미만에서는 소유강도의 확보가 곤란하며, 0.40%를 초과하면 Mo를 첨가하고 있다고는 하나, 용접성의 점에서 문제가 생긴다. 또, Mn을 0.6∼2.0중량% 첨가하므로서 담금질성의 향상, 또는 (b) 공정처리에 회부하는 경우에 있어서는 기계적성질, 특히 균일신장 열화에 저항하는 요소로 한다.

또 본 발명은 Si를 0.15∼2.0중량%, 또 Mo를 0.08∼0.35중량%로 한다. 그리고, 본 발명이 특징으로하는 점은 당해 Si와 Mo와의 양적 상관관계이다.

즉, Si는 고온이완치의 개량에 현저히 기여하는 성분요소인 반면, 통전성을 저해하는 요소이기도 하다. 그러므로, Si가 미량의 보통품 PC강봉·선과 동일설정전압 조건으로 용접을 할 경우에는, Si량을 감하는데 대응시켜서 Mo량을 증가시키므로서 소정고온이완치를 확보하면서, 통전성을 얻어 부착력을 동등하게 유지한다. 이 경우, 수많은 시험결과에서 양자간이 함유량이,

[Si]-2[Mo]＜1.3

중량%의 상관관계를 유지하는 경우에는, 특히 상기 2가지의 효과를 함께 완전히 얻게 된다. 이 점은 상기 개시 각시험 결과에서도 증명되는 바이다. 따라서, 종래품의 경우와 같은 높은 설정용접전압을 필요로하지 않는다.

또, 고온이완치를 낮게 하는 것을 우선시키는 경우에도, 첨가 Si량을 많게한 그대로, Mo를 첨가하고, 가령 상기 관계식의 1.3%를 오우버해도, 용접시의 통전성을 향상시켜서 부착력의 강화를 도모할 수 있는 동시에, 지연파괴특성을 유지 내지 향상시킬 수 있다.

그리고, Mo는 적어도 0.08%의 첨가가 필요하며, 0.08% 미만에서는 효과를 기대할 수 없다. 또, Mo의 상한을 0.35%로한 이유는, 본 발명의 전제조건이 열처리를 급속가열방식에 의존하고 있는 관계상, 당해 급속가열에서는 탄화물로서 존재하는 Mo가 충분히 재용해하는 정도의 시간이 없으며, 이 이상 첨가량을 증가해도 효과가 따르지 않는다.

또, 본 발명은 Mo와 함께 Ti : 0.01∼0.05 중량%, B : 0.0005∼0.005중량%를 가중첨가한다. Ti는 0.01중량% 미만이면 지연파괴특성 향상으로의 기여를 기대할 수 없고, 또한 0.05중량%를 초과하면 개재물혼입율을 높이는 것이 되며, 또 B는 0.0005중량% 이상이 담금질성 개선에 이바지하나, 0.005중량%를 초과해도 효과는 상승을 기대할 수 없다. 그리고 Ti, B의 미량첨가에 의해, 용접시의 통전전류치의 높은 안정을 얻게 되고, 따라서 부착력의 강화도 불균일의 억제에 이바지 한다.

상기 각 시험에는 주로 선직경 9.2mm 공시체에 대한 개시이었으나, 본 발명자는 각종 선직경재에 대해서도 마찬가지의 시험을 실시하여, 개시예와 전적으로 마찬가지의 효과를 얻고 있으며, 본 발명의 유효성이 실증되고 있다.

(a), (b) 어느 열처리 공정을 취하는 경우에도, 제조되는 PC강봉·선의 소재성분강으로서 본 발명을 실시하므로서, 보조근과의 용접시에는 Si가 미량인 보통품 PC강봉·선의 경우와 동일설정 전압조건으로 용접해도 보통품과 전적으로 마찬가지인 부착강도를 확보하는 철근바구니를 편성가능, 또한 Si를 다량으로 함유한 종래품이 가지는 지연파괴특성 및 기계적성질, 특히 균일신장과 고온이완에 뛰어난 특성을 더향상시킨 제품을 얻게 되므로, 종래품이 안고 있던 용접작업성의 문제점을 일거에 해결하면서, 프리스트레스 콘크리트부재의 품질향상에 이바지하게 된다.

또, 고온이완치를 낮게 하는 것을 최우선으로 하는 경우에도, 본 발명의 실시에 의해서 종래품의 경우에 필요로한 용접시의 높은 설정용접전압을 인하하는 것이 가능하게 되는 동시에, 종래품이 달성한 고온이완치를 더 개선하면서, 부착강도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 용접작업성, 품질의 향상 및 용접부부차강도의 관계에 있어서 매우 큰 효과가 있다.

Claims (4)

1. 열처리공정으로 프리스트레스 콘크리용 강봉 또는 강선을 제도하는 경우의 당해 강봉 또는 강선의 소재기본성분이 C : 0.10∼0.40, Si : 0.15∼2.0, Mn : 0.6∼2.0, Ni : 0.08∼0.35중량% 함유하고, 잔여부가 철 및 불가피불순물로 이루어지고, 또한 상기 Si 함유량의 감소와 함유량의 증대를 대응시켜서 이루어지는 것을 특징으로하는 용접작업성이 개선된 프리스트레스콘크리트용 강봉 또는강선.
2. 제1항에 있어서, 상기 열처리공정이란(a) 소재강봉 또는 강선을 연속적으로 주행시키면서, 제1의 급속가열과 제1의 급냉에 의한 담금질, 및 당해 담금질에계속되는 소정온도까지의 제2의 급속가열과 제2의 급냉을 실시하는 것을 내용으로 하는 공지의 열처리 공정과, (b) 소재강봉 또는 강선을 연속적으로 주행시키면서, 제1의 급속가열과 제1의 급냉에 의한 담금질, 및 당해 담금질에 계속되는 소정온도까지의 제2의 급속가열을 실시한 온도상태하에서 2% 이하의 구부림 변형을 부가한 후에 제2의 급냉을 실시하는 것을 내용으로하는 공지된 열처리공정의 어느것인가 인용접작업성이 개선된 프리스트레스콘크리트용 강봉 또는 강선.
3. 제1항에 있어서, 상기 소재기본성분에, 또 Ti : 0.01∼0.05와 B : 0.0005∼0.005의 각 중량%를 첨가하고, 잔여부가 철 및 불가피불순물로 이루어지고, 또한 상기 Si 함유량의 감소와 Mo 함유량이 증대를 대응시키도록한 성분으로 이루어지는 용접작업성이 개선된 프리스트레스콘크리트용강봉 또는 강선.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 소재기본성분의 Si와 Mo과의 사이의 함유량이 중량%로 ; [Si] - 2 [Mo]＜1.3의 관계로한 용접작업성이 개선된 프리스트레스콘크리트용강봉 또는 강선.