고강도 철근: 생산 및 특성
고층 빌딩을 지탱하고, 지진을 견디며, 부식에 강한 동시에 비용 효율적이고 성능이 뛰어난 소재를 상상해 보세요. 500MPa 이상의 강도를 가진 고강도 철근이 건설 분야에 혁신을 일으키고 있습니다...
현대 문명의 초석인 철강이 어떻게 만들어지는지 궁금한 적이 있나요? 이 종합 가이드에서는 원자재부터 완제품에 이르기까지 복잡한 철강 생산 과정을 자세히 살펴봅니다. 탄소, 망간, 실리콘과 같은 원소가 어떻게 강철의 특성을 형성하는지 알아보고 제련, 압연, 정련을 비롯한 중요한 단계에 대해 알아보세요. 이 글을 마치면 철광석을 우리가 매일 사용하는 다용도 철강 제품으로 바꾸는 방법과 재료에 대해 명확하게 이해할 수 있을 것입니다.
2% 미만의 탄소를 함유한 철-탄소 합금을 강철이라고 합니다. 탄소강의 다섯 가지 원소는 화학 성분의 주요 구성 요소인 C(탄소), Si(규소), Mn(망간), S(황), P(인)를 의미합니다.
또한 제강 공정 중에는 산소(O), 수소(H), 질소(N) 등의 가스가 필연적으로 섞이게 됩니다.
또한 알루미늄-실리콘 탈산 공정에서 용강에는 필연적으로 Al(알루미늄)이 존재하게 되는데, Als(산용성 알루미늄)가 0.020% 이상일 경우 입자 크기를 정련하는 역할을 합니다.
1. 탄소(C):
다음과 같이 탄소 함량 가 증가하면 항복점과 인장 강도는 상승하지만 가소성과 내충격성은 감소합니다. 탄소 함량이 0.23%를 초과하면 용접성 의 강철이 열화됩니다.
따라서 용접에 사용되는 저합금 구조용 강철의 경우 탄소 함량은 일반적으로 0.20%를 초과하지 않습니다. 탄소 함량이 높을수록 대기 부식에 대한 강철의 저항력도 감소하며, 노천 보관 시 고탄소강은 녹이 발생하기 쉽습니다. 또한 탄소는 강철의 저온 취성 및 노화 민감도를 증가시킬 수 있습니다.
2. 실리콘(Si):
실리콘은 제강 공정에서 환원제 및 탈산제로 첨가되므로 평온강에는 0.15-0.30%의 실리콘이 함유되어 있습니다. 강철의 실리콘 함량이 0.50~0.60%를 초과하면 실리콘은 합금 원소로 간주됩니다. 실리콘은 강철의 탄성 한계, 항복점 및 인장 강도를 크게 향상시킬 수 있으므로 스프링 강철에 널리 사용됩니다.
담금질 및 강화 구조용 강철에 1.0~1.2% 실리콘을 첨가하면 강도를 15~20%까지 높일 수 있습니다. 실리콘은 몰리브덴, 텅스텐, 크롬과 같은 원소와 결합하여 내식성과 내산화성을 향상시켜 내열강을 제조하는 데 유용합니다.
1-4% 실리콘을 함유한 저탄소강은 자기 투과성이 매우 높으며 전기 산업에서 다음과 같은 용도로 사용됩니다. 실리콘 강판. 실리콘 함량이 증가하면 강철의 용접성이 감소합니다.
3. 망간(Mn):
제강 공정에서 망간은 우수한 탈산제 및 탈황제 역할을 하며, 일반 강철에는 0.30~0.50%의 망간이 함유되어 있습니다. 탄소강에 0.70% 이상의 망간을 첨가하면 '망간강'이라고 합니다.
이 강종은 일반 강재에 비해 충분한 인성을 가지고 있을 뿐만 아니라 강도 및 경도를 첨가하여 강철의 경화성과 열처리 특성을 개선합니다.
예를 들어 16Mn 강철의 항복점은 A3 강철보다 40% 높습니다. 11-14% 망간을 함유한 강철은 내마모성이 매우 높아 굴삭기 버킷, 볼 밀 라이너 등에 적합합니다. 망간 함량이 증가하면 강철의 내식성이 약화되고 용접성이 저하됩니다.
4. 인(P):
일반적으로 인은 강철에 해롭습니다. 인은 강철의 저온 취성을 증가시키고 용접성을 저하시키며 가소성을 감소시키고 저온 굽힘 성능을 악화시킵니다. 따라서 강철의 인 함량은 일반적으로 0.045% 미만이어야 하며, 고품질 강철은 더 낮은 수준을 요구합니다.
5. 유황(S):
유황은 일반적으로 강철에 해롭습니다. 유황은 고온 취성을 유도하여 강철의 연성과 인성을 감소시켜 단조 및 압연 중에 균열을 일으킵니다. 또한 유황은 용접 성능에 해롭고 내식성을 떨어뜨립니다.
따라서 황 함량은 일반적으로 0.055% 미만이어야 하며, 고품질 강철은 0.040% 미만이 요구됩니다. 강철에 0.08~0.20%의 황을 첨가하면 가공성이 향상될 수 있으며, 이러한 강철을 흔히 자유 절삭강이라고 합니다.
6. 크롬(Cr):
구조용 및 공구강에서 크롬은 강도, 경도 및 내마모성을 크게 증가시키지만 동시에 가소성과 인성을 감소시킵니다. 크롬은 강철의 내산화성과 내식성을 향상시켜 스테인리스강과 내열강에 필수적인 요소입니다.
7. 니켈(Ni):
니켈은 강철의 강도를 높이는 동시에 우수한 가소성과 인성을 유지합니다. 니켈은 산과 알칼리에 대한 내식성이 높고 고온에서 녹과 내열성을 나타냅니다.
그러나 니켈은 희소 자원이기 때문에 다른 자원으로 대체해야 합니다. 합금 원소 가능하면 특히 니켈-크롬 강철로 만들어야 합니다.
8. 몰리브덴(Mo):
몰리브덴은 강철의 입자 구조를 개선하고 경화성과 열강도를 높이며 고온에서 충분한 강도와 크리프 저항성을 유지합니다(크리프는 고온에서 장기간 응력을 받는 변형 상태를 말합니다).
구조용 강철에 몰리브덴을 첨가하면 기계적 특성이 향상되고 열로 인한 취성이 억제됩니다. 합금강. 공구강에서는 열간 경도를 향상시킵니다.
9. 티타늄 (Ti):
티타늄은 강철의 강력한 탈산제입니다. 티타늄은 강철의 내부 구조를 조밀하게 하고 입자 크기를 개선하며 노화 민감도와 냉간 취성을 낮추고 용접성을 향상시킵니다. 18Cr-9Ni 오스테나이트 스테인리스 스틸에 적절한 티타늄을 첨가하면 다음을 방지할 수 있습니다. 입계 부식.
10. 바나듐(V):
바나듐은 강철에 탁월한 탈산제입니다. 강철에 0.5% 바나듐을 첨가하면 입자 구조가 개선되어 강도와 인성이 향상됩니다. 바나듐과 탄소로 형성된 탄화물은 고온과 고압에서 수소 내식성을 향상시킬 수 있습니다.
11. 텅스텐(W):
텅스텐은 녹는점이 높고 밀도가 높으며 값비싼 합금 원소입니다. 텅스텐 카바이드는 경도와 내마모성이 높습니다. 공구강에 텅스텐을 첨가하면 열경도와 열강도가 크게 향상되어 절삭 공구에 적합하며 다음과 같은 용도로 사용할 수 있습니다. 단조 다이.
12. 니오븀(Nb):
니오븀은 입자 크기를 개선하고 강철의 과열 민감도와 템퍼 취성을 줄여 강도는 증가하지만 가소성과 인성은 감소시킵니다. 일반 저합금강에 니오븀을 첨가하면 대기 부식 및 고온에서의 수소, 질소, 암모니아 부식에 대한 저항성이 향상됩니다. 니오븀은 용접성을 향상시킵니다. 오스테나이트계 스테인리스강에 첨가하면 입계 부식을 방지할 수 있습니다.
13. 코발트 (Co):
코발트는 내열강 및 자성 재료와 같은 특수강 및 합금에 자주 사용되는 희귀 귀금속입니다.
14. 구리(Cu):
우한철강에서 다예광석을 정련한 강철에는 구리가 함유되어 있는 경우가 많습니다. 구리는 강도와 인성, 특히 대기 중 부식 저항성을 향상시킵니다. 단점은 열간 가공 시 열간 단락이 발생하는 경향이 있으며, 구리 함량이 0.5%를 초과하면 가소성이 크게 감소한다는 것입니다. 구리 함량이 0.50% 미만인 경우 용접성에 영향을 미치지 않습니다.
15. 알루미늄(Al):
알루미늄은 강철의 일반적인 탈산제입니다. 강철에 소량의 알루미늄을 첨가하면 입자를 정련하고, 얇은 시트를 깊게 가공하는 데 사용되는 08Al 강철과 같이 충격 인성을 개선할 수 있습니다.
알루미늄은 또한 산화 저항성과 내식성을 가지고 있습니다. 크롬 및 실리콘과 함께 사용하면 강철의 스케일링 저항성과 고온 내식성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 알루미늄의 단점은 강철의 열간 가공성, 용접성 및 기계 가공성에 영향을 미친다는 것입니다.
16. 붕소(B):
미량의 붕소를 첨가하면 강철의 밀도와 열간 압연 특성을 개선하여 강도를 향상시킬 수 있습니다.
17. 질소(N):
질소는 강도, 저온 인성, 그리고 강철의 용접성를 클릭하고 연령 감도를 높입니다.
18. 희토류(Xt):
희토류 원소는 주기율표에서 원자 번호가 57-71인 15개의 란타나이드 원소를 말합니다. 이 원소들은 모두 금속이지만 그 산화물은 '흙'과 같기 때문에 일반적으로 희토류라고 불립니다.
희토류를 강철에 첨가하면 강철 내 개재물의 구성, 형태, 분포 및 특성을 변경하여 인성, 용접성 및 냉간 가공성과 같은 다양한 특성을 개선할 수 있습니다. 쟁기 강철에 희토류를 첨가하면 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.
제강의 주요 임무는 생산되는 강종의 품질 요구 사항에 따라 강철의 탄소 함량과 합금 원소를 지정된 범위 내로 조정하고 P, S, H, O, N과 같은 불순물의 함량을 허용 한도 이하로 줄이는 것입니다.
제강 공정은 본질적으로 산화 공정입니다. 용광로 내 과잉 탄소는 산화되어 CO 가스로 연소되어 빠져나가고, Si, P, Mn과 같은 다른 원소는 산화되어 슬래그로 들어갑니다. S의 일부는 슬래그로 들어가고 일부는 SO2로 배출됩니다.
용융 강철의 조성과 온도가 공정 요구 사항을 충족하면 강철을 두드릴 수 있습니다. 강철의 과도한 산소를 제거하고 화학 성분을 조정하기 위해 탈산제 및 합금철 또는 합금 원소를 첨가할 수 있습니다.
어뢰 차량에서 운반된 뜨거운 금속은 탈황 및 슬래그 차단 처리 후 10% 미만의 고철과 함께 컨버터에 주 전하로 부어질 수 있습니다. 그런 다음 산소를 컨버터에 불어 넣어 연소시키고 뜨거운 금속의 과도한 탄소가 산화되어 다량의 열을 방출합니다. 프로브가 미리 정해진 저탄소 함량을 감지하면 산소 송풍이 중지되고 강철이 두드려집니다.
탈산소 및 조성 조정 작업은 일반적으로 래들에서 이루어지며, 용강 표면에 탄화된 왕겨를 던져 산화를 방지하여 연속 주조 또는 금형 주조 영역으로 보낼 준비를 합니다.
수요가 많은 강종의 경우 바닥 블로우 아르곤, RH 진공 처리, 분말 분사 처리(Si-Ca 분말 및 개질 석회 분사)를 통해 강재의 가스 및 내포물을 효과적으로 줄이고 탄소와 황을 더욱 줄일 수 있습니다. 이러한 2차 정제 조치를 거친 후에는 고품질 철강재의 요구 사항을 충족하도록 조성을 미세하게 조정할 수 있습니다.
몰드 캐스트 강철 잉곳 열간 충전 및 열간 전달 신공정을 사용하여 재가열로에서 가열한 다음 황삭기와 연속 압연기를 통해 슬래브, 빌릿, 소형 사각형 빌릿 및 기타 예비 압연 제품으로 압연합니다.
머리와 꼬리 절단, 표면 세척(화염 세척, 연삭) 후 고품질 제품은 예비 압연 빌릿에 대한 박리 및 결함 감지가 필요합니다. 검사를 통과하면 창고에 보관됩니다.
현재 예비 압연 공장의 제품은 예비 압연 슬래브, 압연 사각 빌릿, 산소 실린더 강판 빌릿, 기어 원형 파이프 빌릿, 철도 차량 차축 빌릿, 플라스틱 금형 강판입니다.
예비 압연 슬래브는 주로 열연 공장에 원료로 공급되며, 압연 사각 빌릿은 외부에서 공급되는 일부를 제외하고는 주로 고속 선재 공장에 원료로 보내집니다. 연속 주조 슬래브의 발전으로 인해 예비 압연 슬래브에 대한 수요가 크게 감소하여 위의 다른 제품으로 전환되었습니다.
연속 주조 슬래브 또는 황삭 슬래브를 원료로 사용하여 단계별 가열로에서 가열하고 고압수 석회질 제거 후 황삭 압연기로 들어갑니다.
러프 압연된 소재는 머리와 꼬리 부분을 절단한 다음 컴퓨터 제어 압연이 구현되는 마무리 공장으로 들어갑니다. 최종 압연 후에는 층류 냉각(컴퓨터 제어 냉각 속도)과 코일러를 통한 코일링 과정을 거쳐 뜨거운 코일을 형성합니다.
핫 코일의 머리와 꼬리는 종종 혀 모양과 물고기 꼬리 모양으로 나타나며 두께와 폭의 정확도가 떨어지고 가장자리에 물결 모양, 접힌 가장자리, 탑 모양과 같은 결함이 흔합니다.
코일은 내경이 760mm로 비교적 무겁습니다(일반적으로 파이프 제조 산업에서 선호됨). 핫 코일은 머리, 꼬리 및 가장자리를 절단하고 마무리 라인에서 여러 차례 곧게 펴고 평평하게 한 후 추가로 판으로 절단하거나 다시 감아 다음과 같은 제품을 형성합니다. 압연 강철 플레이트, 평평한 열연 코일 및 세로 스트립.
열간 압연 완성 코일을 산세척하여 스케일을 제거한 후 기름칠을 하면 열간 압연 산세 코일이 됩니다. 이 제품은 현지에서 냉연 판재를 대체하는 추세와 적당한 가격으로 사용자들에게 널리 선호되고 있습니다.
열연 코일을 원료로 사용하여 먼저 산 세척을 통해 산화피막을 제거한 다음 냉간 압연합니다. 제품은 경질 압연 코일입니다. 지속적인 냉간 변형은 작업 경화를 유발하여 경연 코일의 강도와 경도를 높이고 인성과 가소성을 감소시킵니다.
그 결과 스탬핑 성능이 저하되고 단순한 변형이 있는 부품에만 사용할 수 있습니다. 열간 압연 코일은 용융 아연 도금 공장의 원료로 사용할 수 있는데, 이 공장은 다음을 갖추고 있기 때문입니다. 어닐링 라인. 하드 압연 코일의 무게는 일반적으로 6~13.5톤이며 내경은 610mm입니다.
표준 냉간 연속 압연 판재 및 코일은 연속 어닐링(CAPL 장치에서) 또는 벨형 용광로 어닐링을 거쳐 작업 경화 및 압연 응력을 제거하여 각 표준에서 정한 기계적 성능 지표에 도달해야 합니다.
냉연강판은 열연강판에 비해 표면 품질, 외관, 치수 정확도가 우수하고 제품 두께가 약 0.18mm까지 압연되어 사용자들의 선호도가 높습니다.
냉연강 코일 기반의 제품을 심층 가공하면 고부가가치 제품을 생산할 수 있습니다. 예를 들면 아연 도금, 용융 아연 도금, 지문 방지 전기 도금, 컬러 코팅 등이 있습니다. 강판 코일, 진동 감쇠 복합 강판 및 PVC 적층 강판으로 구성됩니다.
이러한 제품은 미적 감각과 높은 부식 방지 특성으로 폭넓게 활용되고 있습니다.
어닐링 후 냉연 코일은 머리와 꼬리 절단, 가장자리 절단, 평탄화, 평탄화, 재코일링 또는 세로 전단 도금 등의 마감 처리를 거쳐야 합니다. 냉연 제품은 자동차 제조, 가전제품, 계기 스위치, 건설, 사무용 가구 및 기타 산업에서 널리 사용됩니다.
각 번들 강판의 무게는 3~5톤이며, 평평한 서브 롤의 무게는 일반적으로 내경이 610mm인 롤당 3~10톤입니다.
대부분의 철강 가공은 압력 기반 방법을 통해 이루어지며, 이로 인해 철강 공작물(예: 빌릿 또는 잉곳)이 소성 변형을 겪게 됩니다. 철강 가공은 적용되는 온도에 따라 냉간 가공과 열간 가공으로 나눌 수 있습니다. 철강 가공의 주요 방법은 다음과 같습니다:
롤링: 이는 다양한 모양의 회전 롤러 한 쌍 사이의 틈새로 금속 가공물을 통과시키는 압력 가공 방식입니다. 롤러의 압축으로 인해 재료의 단면적은 줄어들고 길이는 늘어납니다. 이것은 주로 프로파일, 플레이트 및 파이프 생산에 사용되는 가장 일반적인 철강 생산 방법입니다. 여기에는 냉간 압연과 열간 압연이 모두 포함됩니다.
단조: 이 압력 가공 방법은 단조 해머의 왕복 충격 또는 프레스의 압력을 사용하여 공작물을 원하는 모양과 크기로 변형합니다. 일반적으로 자유 단조와 다이 단조로 나뉘며, 대형 재료와 단면 치수가 큰 오픈 다이 단조 생산에 주로 사용됩니다.
그리기: 이는 단면적을 줄이고 길이를 늘리는 공정에서 이미 압연된 금속 공작물(프로파일, 파이프, 제품 등)을 다이 구멍을 통해 당겨내는 것을 포함합니다. 이 방법은 주로 냉간 가공에 사용됩니다.
압출: 이 공정은 밀폐된 압출 실린더에 금속을 넣고 한쪽 끝에 압력을 가하는 방식으로 이루어집니다. 금속은 지정된 다이 구멍을 통해 압출되어 동일한 모양과 크기의 완제품을 생산합니다. 이 방법은 주로 비철 제품 생산에 사용됩니다. 금속 소재.
6.1 수율 강도 비율
항복 강도 비율은 인장 강도(σs/σb)에 대한 항복 강도의 비율입니다. 항복 강도 비율이 높을수록 재료가 더 강합니다. 반대로 항복 강도 비율이 낮을수록 가소성과 스탬핑 성형성이 우수합니다. 예를 들어, 항복 강도 비율은 딥 드로우 강판은 ≤0.65입니다.
스프링 스틸은 일반적으로 탄성 한계 범위 내에서 사용되며 하중을 받으면 소성 변형이 허용되지 않습니다. 따라서 스프링 스틸의 탄성 한계와 항복 강도 비율이 가능한 한 높아야 합니다. 담금질 및 템퍼링 (σs/σb≥0.90). 또한 피로 수명은 인장 강도 및 표면 품질과 밀접한 상관관계가 있는 경우가 많습니다.
6.2 가소성
가소성이란 금속 소재가 응력을 받아 파손되기 전까지 영구적인 변형을 견디는 능력을 말합니다. 가소성은 일반적으로 연신율과 면적률 감소로 표현됩니다. 연신율과 면적 감소율이 높을수록 가소성이 우수합니다.
αk로 표시되는 충격 인성은 금속 시험편이 지정된 충격 시험 하중을 받아 파단될 때 노치에서 단위 단면적당 소모되는 충격 작업을 의미합니다.
일반적인 테스트 시편은 2mm 깊이의 V-노치가 있는 10×10×55mm이며, 단위 면적당 충격 작업은 실질적인 의미가 없기 때문에 표준은 αK 값이 아닌 충격 작업(J 줄 값) AK를 직접 채택합니다.
충격 작업은 다양한 온도에서 금속 재료의 취성 변화를 검사하는 데 가장 민감하며 실제 서비스 조건에서 치명적인 파단 사고는 종종 재료의 충격 작업 및 서비스 온도와 관련이 있습니다.
따라서 표준에서는 특정 온도에서 특정 충격 작업 값을 규정하고 FATT(파괴 외관 전이 온도)가 특정 온도보다 낮아야 한다고 규정하는 경우가 많습니다.
소위 FATT는 충격 시편 그룹이 서로 다른 온도에서 파단된 후 전체 면적의 50%를 차지하는 취성 골절에 해당하는 온도입니다. 다음의 영향으로 인해 강판 두께두께가 10mm 이하인 플레이트의 경우 3/4 크기 충격 시험편(7.5×10×55mm) 또는 1/2 크기 충격 시험편(5×10×55mm)을 얻을 수 있습니다.
단, 동일한 사양과 동일한 온도에서 충격 작업 값만 비교할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
표준에 규정된 조건 하에서만 표준 변환 방법에 따라 충격 작업을 표준 충격 시편의 충격 작업으로 변환한 다음 비교할 수 있습니다.
의 능력 금속 소재 압자(경화된 강철 공 또는 120도 원뿔 또는 각도가 있는 다이아몬드 압자)의 관통에 견디는 정도를 경도라고 합니다. 테스트 방법과 적용 범위에 따라 경도는 다음과 같이 분류할 수 있습니다. 브리넬 경도, 로크웰 경도, 비커스 경도, 쇼어 경도는 물론 미세 경도 및 고온 경도를 측정합니다. 금속 제품에는 일반적으로 브리넬 경도와 로크웰 경도가 사용됩니다.
바오스틸 기업 표준의 강종은 크게 일본 JIS 표준에서 이식한 것, 독일 DIN 표준, 바오스틸이 자체 개발 및 생산한 것 등 세 가지로 나눌 수 있습니다.
JIS 표준에서 이식된 강종은 보통 S(스틸)로 시작하고, DIN 표준에서 이식된 강종은 보통 ST(스틸의 독일어인 스탈)로 시작하며, 바오스틸이 자체 개발 및 생산하는 강종은 보통 바오스틸의 음성 철자 이니셜인 B로 시작합니다.
구조용 강재는 일반적으로 강도에 따라 분류되며, 강재의 등급에 표시된 숫자는 최소 인장 강도를 나타내는 경우가 많습니다. 따라서 강철 유형 은 일반적으로 구조용 부품을 제작하는 데 사용되며 구조용 강재라고 합니다.
구조용 강철의 강화 메커니즘은 페라이트의 탈탄화 및 망간 고용체 강화, 펄라이트의 정제, 침전물 강화, 침전물 강화 및 미세 입자 강화를 위한 미세 합금의 첨가를 선호하는 경향이 있습니다.
이를 통해 강도를 높이면서도 우수한 인성, 가소성 지수 및 우수한 용접성을 유지할 수 있습니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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