강재의 분류, 성분, 제조, 규격

 

 

구 분 종 류 내 용 성 분 순철 탄소함유량이 0.02%미만, 불순물이 적은 철 선철 탄소함유량이 2.5-4.5%, 철광석을 제련하여 맨 처음 얻어지는 것 강철 탄소함유량이 0.02-2.0%, 선철을 정련한 강 용 도 일반강 일반 구조용강으로 C(0.1-0.9%) 이외에 소량의 Si, Mn, P, S 등을 함유한 강 특수강 (합금강) 공구강, 기계 구조용강, 특수용도강으로 함유 원소(Cr, Ni, Mo, V)등을 첨가시킨 강 제조법 열간 압연 제품 제강된 반제품을 재결정 온도이상(800℃ ∼ 1200℃ )에서 압연, 인발 등에 의해 제품화한 것 냉간 압연 제품 열간 압연 제품을 더 가공해서 제품화하기 위하여 재결정 온도 이하 (800℃ 이하)에서 냉간 압연한 것 주강품 소정의 형상틀에 주물을 부어 일정 형상으로 가공한 제품 단강품 소정의 재료를 단조를 통하여 제품화한 것 형 상 조강류 형강(H.ㄱ.ㄷ.T.I형강, 레일, 구평 형강, SHEET PILE 등) 봉강(원형강, 각강, 육각, 팔각강, 이형봉강 등) 선재(원형, 이형) 강판류 후판, 중판, 열연. 냉연 박판, 표면 처리 강판 등 강관류 무계목 강관, 용접 강관, 단접관 철강 5대 성분 화학 성분 특 성 탄소(C) Fe는 C와 함께 함으로써 철강재의 우수한 특성을 발휘할 수 있다. 탄소량이 증가하면 항복점, 인장강도, 경도는 증가되지만 신율, 수축율, 연성은 감소한다. 규소(Si) 규소량이 증가하면 인장강도, 항복점이 상승하고 0.2∼0.4% 정도에서 신율 및 수축율도 급격히 상승한다. 망간(Mn) 강의 강도를 개선하고 충격특성에 영향을 미친다. 또한 압연성을 좋게 하고 취성을 감소시킨다. 인(P) P는 강재의 내후성을 향상시키는 효과가 기대되는 반면 용접성, 냉간 가공성, 충격특성을 저하시킨다. 황(S) 1300℃ 이상의 고온에서 용해되고 온도취성, 연신율, 강도, 충격치 저하 등의 영향을 미치므로 0.05% 이하로 규제한다. 첨가 화학 성분 화학 성분 특 성 바나듐(V) 나이오비듐(Nb) 열처리시 강도 증가 바나듐의 경우 고온에서 조직 성장 방해 : 공구강에서 중요 나이오비듐은 스테인리스강에서 탄소가 입계로 전이되어 부식을 촉진하지 못하도록 방해함 니켈(Ni) 강도, 경도를 향상시킴 다른 원소들에 의한 취성을 감소시킴 크롬(Cr) 몰리브덴(Mo) 강도, 경도를 향상시킴 열처리 효과 증대시킴 Cr이 12% 이상이면 스테인리스강 특성을 가짐 Mo은 공구강에 사용함 텅스텐(W) 코발트(Co) 고온에서 안정하고 경도가 높아 고합금 공구강으로 사용함 기타 화학 성분 화학 성분 특 성 수소(H) 철의 결정격자 속에 침투 확산하여 충격치 감소, 지연파괴, 용접비드, 터짐, 기포발생 등의 원인이 된다. 용접시 물, 습기가 분해되어 발생하는 H를 줄이기 위해 비온 후, 또는 저온시 용접할 때는 예열이 요구된다. 산소(O) 철광석이 강으로 변할 때 O가 관계하는 반응이 전 공정에서 중요한 역할을 한다. 다만 일부는 산화물계 비금속 개재물로 존재하여 강재에 연성 및 충격특성, 열화, 적열, 청열취성, 담금질, 경화성 등을 발생시켜 품질에 유해한 영향을 미친다. 질소(N) 몰리브덴(Mo) N이 증가하면 강도는 증가하나 신율, 충격 특성이 저하된다. 또한 N이 지나치게 높으면 고온 가공성이 나빠진다. 제조법 비교 구 분 고 로 전 기 로 설 비 고로+전로 전기로(제강) 주 원료 철광석+코크스+석회석 고철 용량 대용량 중·소용량 조업 방법 용광로에 철광석을 주원료로 장입하고 코크스를 연료로 사용하여 선철을 만든 후 전로에서 강을 생산 고철을 주원료로 장입하고 전기를 이용하여 전극과 고철사이에 아크를 발생시켜 그 열을 이용하여 고철을 녹여 강을 생산 생산 제품 판재류(후판, 열연·냉연강판, 아연도금·전기·칼라·석도·Stainless강판 등), 선재류 조강류(H형강, 기타형강, 철근, 원형강, 레일, 쉬트파일 등) 대표업종 POSCO INI STEEL, 동국제강 생산 공정 [고 로] 생산 공정 [전기로] 철광석을 제련하여 구조용 강재를 만드는 데는 제선-제강-연주-압연의 과정을 거치게 된다. 제선과정에서 철광석으로부터 선철을 만들고, 제강과정에서 선철에서 강을 만들며, 연주과정에서 강을 강괴로 만들며 압연과정에서는 강괴를 가열하여 정하여진 형태로 구조용강재를 만들게 된다. 1) 제선 철광석(Fe2O3), 자철광(Fe3O4), 갈철광(Fe2O3, 2H2O) 등의 철광석을 코크스, 석회석 등과 함께 용광로의 위에서 투입하고 용광로의 하부에는 약 1000℃로 가열된 공기를 불어 넣는다. 가열된 공기는 코크스를 연소시키면서 일산화탄소를 발생시켜 철광석의 산소를 뺏는 환원작용을 하게 된다. 이와 같이 하여 녹은 철분은 다른 성분과 분리된 채 노의 바닥에 고여 선철이 되고 철분 이외의 성분은 비중이 가벼워 위로 뜨게 되는데 이런 찌꺼기를 광재 또는 슬러그라고 한다. 선철은 약 93%의 철과 4%의 탄소를 함유하게 되는데 인성과 가단성이 매우 작아서 구조용강으로 사용할 수 없다. 2) 제강 선철은 탄소의 함유량이 많아 굳고 취성이므로 강도와 인성이 높은 강을 만들기 위해서는 선철의 탄소함유량을 1.7%이하로 줄이고 인, 황 등의 불순물을 제거해야 한다. 그러므로 선철을 산화제와 용제를 제강로 속에 넣고 산화 탈산하여 성분을 조정하여 구조용 강재로 사용 가능한 성질을 가진 강을 만든다. 제강법에는 전로법, 평로법, 전기로법이 있는데, 고철을 제강하는 경우는 전기로법이 이용된다. 3) 연주 고로에서 생산된 쇳물을 용선이라 하며 이것을 주형에 주입하여 강괴(剛塊ingot)를 만드는 과정을 연주라 한다. 용선에는 강도와 품질에 유해한 불순물이 다량 함유되어 있다. 이 용선에 100% 순수 산소를 취입하여 불순물을 제거하는 과정을 취련이라 하고, 취련과정을 전후로 탈황, 탈인, 탈가스의 공정을 시행한다. 강괴는 탈산도가 높은 순으로 킬드강(killed ingot), 세미킬드강(semi-killed ingot), 림드강(rimmed ingot)으로 분류된다. Killed강은 취련과정에서 용강(강철쇳물) 내에 혼입된 산소를 제거하기 위해 산소와 친화력이 좋은 규소(Si)나 알류미늄(Al)을 투입하여 SiO 또는 AlO의 형태로 탈산을 시행한다. 용접성이 좋으며 강도가 높으므로 용접구조용 고강도강은 이 종류에 속한다. 림드강은 탈산정도가 작다. 강괴의 표면은 매끈하나 내부에 기포가 산재해 있어서 용접성이나 강도가 낮다. 세미킬드강은 킬드강과 림드강의 중간 정도의 성질을 갖는다. 강판이 위의 세 종류 중 어느 종류인가 판별하는 방법으로는 단면을 매크로 사진으로 찍어보는 방법과 화학적 분석을 하는 방법이 있다. 4) 압연 연주과정을 통하여 얻은 강괴를 압연하여 일정한 형태를 가진 부재로 만든다. 가열 여부에 따라 열간 압연과 냉간 압연으로 나눌 수 있다. 열간압연은 강괴를 1200℃ 정도 재가열하여 서로 반대방향으로 회전하는 롤러사이로 여러 번 통과시키면서 점차 정하여진 형태로 변형시켜 나가는 방법으로 강판, 봉강, 형강 등이 이 방법에 의하여 제조된다. 냉간압연은 얇은 두께의 강판을 재결정온도 이하에서 프레스로 찍거나 롤러에 통과시켜 형태를 변형시키는 방법이다. 경량형강이 냉간압연에 의해 제조된다. 5) 열처리 열처리란 금속의 내부조직을 변화시켜 필요로 하는 기계적 성질을 얻고자 행하는 가열 및 냉각과정을 말한다. 금속재료의 성질은 화학적성분에 기초를 두며 열처리 및 가공에 의하여 금속조직이 변하는데 이 조직에 의해 제성질이 결정된다. 열처리 방법은 강의 요구성질에 의해 다르나 일반적으로 후판공장에서 행해지는 것은 Normalizing(소준), Quenching(소입 : 담금질), Tempering(소려), TMC(열가공 제어) 등이 있다. 후판재 열처리 방법 종 류 목 적 적용강재 열처리방법 Normalizing (소준) - 압연상태의 국부적으로 가공된 조직의 균질화로 인성향상도모 - 저온인성 요구강재 - 심가강재 - 영역(AC3+30∼50℃) 에서 적정 시간유지로 조직 균질화후 공냉 Quenching (소입) - 강관을 급속히 냉각하여 경화조직 (Martensite or Bainite化) - 인장강도 600Mpa급 이상 - 영역에서 적정 - 시간유지후 수냉 Tempering (소려) - 소입에 의해 존재하는 내부응력 제거로 조직안정성 부여, 인성확보 - 역(Ac1 직하)에서 유지후 공냉 Thermo- Mechanical Control (열가공제어) - 용접성이 우수한 고강도강 - 인장강도 500Mpa급 이상 - 제어압연 한 후 가속 냉각

강재의 규격 구조용 강재는 용도, 형상, 재질 규격 등으로 분류할 수 있다. 여기서 재질, 기능면을 포함하여 간단하게 분류하면 다음과 같다. 원소의 함유량 - 보통강, 탄소강, 특수강, 합금강 강 도 - 연강, 고장력강 용 접 성 - 일반구조용강, 용접구조용강, TMCP강 내 후 성 - 일반강, 내후성강 내 화 강 - 일반강, 내화성강 조 직 - 조질강, 비조질강 이들 강재는 설계자, 수요자에 따라 다양한 성능을 요구하는 특기사항이 있을 수 있다. 2.1 구조용 강재의 한국산업 규격 표 2.1은 건설용 강재로써 주로 사용되는 강재의 종류와 규격을 나타낸다. 이 표 중에서도 KS D 3503 일반구조용 강재 및 KS D 3515 용접구조용 강재가 가장 많이 사용된다. 강재중의 A, B, C는 V notch 샬피충격 흡수 에너지 시험의 보증값의 등급을 나타낸다. 표 2.2는 구조재료의 형상, 치수에 관한 규격을 나타낸다. 표2.1 강재의 종류와 규격 규 격 번 호 강 재 의 명칭 KS D 3503 KS D 3501 KS D 3515 KS D 3861 KS D 3865 KS D 3529 KS F 4603 KS F 4604 KS D 3558 KS D 3530 KS D 3566 KS D 3568 KS D 3632 KS D 3864 KS D 3504 KS D 3512 KS D 3854 KS D 3506 KS D 4101 KS D 3710 KS D 1010 KS D 3557 KS D 7004 KS D 3508 KS D 3550 KS D 7006 일반 구조용 압연강재 SS 400, SS490, SS 540 열간 압연 강판 및 강대 SHP 1, SHP2, SHP 3 용접구조용 압연강재 SM 400 A·B·C, SM 490 A·B·C,                              SM 490 YA·YB, SM 520 B·C, SM 570                              SM 490 TMC, SM 520 TMC, SM 570 TMC 건축구조용 압연강판 및 강대 SN 400 A·B·C, SN 490 B·C 건축구조용 내화강재 FR 400 B·C, FR 490 B·C 용접구조용 내후성 열간 압연강재 SMA 400 A·B·C, SMA 490 A·B·C, SMA 570 A·B·C H형강 말뚝 SHK 400·400M, SHK 490M 열간압연 널말뚝 SY 295, SY 390 일반구조용 용접 경량형강 SWH 400, SWH 500 일반구조용 경량 형강 SSC 400 일반구조용 탄소 강관 STK 400, STK 490, STK 540 일반구조용 각형 강관 SPSR 400, SPSR 490, SPSR 540 내진 탄소강관 STKN 400W, 400B, STKN 490B 내진 각형강관 SPAR 295, SPAP 235, 325 철근콘크리트용 봉강 SR 240, SR 300                              SD 300, SD 350, SD 400, SD 500                              SD 400W, SD 500W 냉간압연강판 및 강대 건축구조용 표면처리 경량 형강 ZSS 400 용융 아연도금 강판 및 강대 탄소 주강품 SC 37, SC 42, SC 46, SC 49 탄소강 단강품 SF 340, SF 390, SF 440, SF 490, SF 540, SF 590 마찰 접합용 고장력 6각 볼트·6각 너트·평와셔의 세트 F8T, F10T, F11T 리벳용 원형강 SV 330, SV 400 연강용 피복 아크 용접봉 아크용접봉 심선재 SWR 11, SWR 21 피복 아크 용접봉 심선 SWW 11, SWW 21 고장력강용 피복 아크 용접봉 * 주 : 용접구조용 압연강재(KS D 3515)의 SWS 표기는 한국산업규격의 개정('97.10.22)에 의하여 SM으로 변경됨 표2.2 구조재료의 형상·치수에 관한 규격 규 격 번 호 강 재 의 명칭 KS D 3051 KS D 3052 KS D 3500 KS D 3502 KS D 3566 KS D 3568 KS D 3530 KS D 1010 KS D 1002 KS D 1012 KS D 1102 KS R 9106 KS R 9101 KS D 4512 KS D 4513 KS D 1016 KS D 3602 열간압연봉강 및 코일봉강의 형상, 치수 및 무게와 그 허용차 열간압연평강의 형상, 치수 및 무게와 그 허용차 열간압연강판 및 강대의 형상, 치수, 무게 및 그 허용차 열간압연형강의 형상, 치수, 무게 및 그 허용차 일반구조용 탄소형강 일반구조용 각형강관 일반구조용 경량형강 마찰접합용 고장력 6각 볼트·6각 너트·평와셔의 세트 6각 볼트 6각 너트 열간성형리벳 보통레일 경레일 건축용 턴버클 볼트 S(주걱볼트), E(아이볼트), D(양쪽나사볼트) 건축용 턴버클 몸체 ST(갈래형), PT(원통형) 기초볼트 강제갑판(steel deck) SDP1·2·3

 

구 분 내 용 봉 강 원형, 사각, 육각, 8각형, 이형봉강 형태로 제조됨 일반적으로 철근, 리벳, 볼트의 재료임 강 판 후판(6㎜ 이상), 중판(3∼6㎜), 박판(3㎜ 이하)로 구분 스티프너, 가세트 플레이트, 베이스 플레이트, B/H 등에 사용 형 강 특정 형태로 열간압연된 구조용 강재 ① L 형강 두변이 직각인 압연형강으로 주로 트러스 부재, 중도리, 띠장, 조선, 철탑부재 등에 사용된다. ② ㄷ 형강 챤넬이라고도 하며 단면형상이 비대칭이어서 뒤틀림의 영향이 있으나 조립이 편해 트러스, 가새, 샛기둥 등에 이용된다. ③ I 형강 H 형강과 유사하나 플랜지 폭이 좁고 웹이 두꺼운 형태이며 현재는 단면효율이 적어 많이 사용되지 않는다. ④ H 형강 단면이 성능이 우수하고 단면의 조합, 접합이 용이해 구조용 강재로 널리 쓰인다. 광폭재는 기둥재에 적합하다. ⑤ T 형강 보통 H 형강 웹의 중앙부를 절단하여 제작하고 주로 트러스 부재에 많이 사용된다. 경 량 형 강 1.6∼4.5㎜의 강판을 냉간압연하여 여러 가지 단면으로 제작한 것. 단위중량에 비해 단면성능이 커서 휨재로 경제성이 있으나 단면이 얇아 좌굴, 부식 등에 대한 단점이 있다. 강 관 이음없이 열간압연하거나 강관, 강판을 용접하여 제조함. 일반구조용 탄소강관은 건축, 토목용의 철탑, 비계용으로 단면이 큰 것은 기초파일, 고층건물의 기둥 등에 사용된다. 분 류 종 류 특 징 용 도 일반구조용 압연강재 (KS D 3503) (KS D 3502) SS400 가장 많이 쓰임. 통상적으로 두께 25mm 이하는 용접성 염려 없음 보, 기둥 SS490 용접에 불리하여 순수 Bolting 구조물에 사용됨 보, 기둥 SS490 특정구조물에 사용됨 철탑용 용접구조용 압연강재 (KS D 3515) (KS D 3502) SM400A, B, C SS강재에 비해 용접성이 우수함, 통상적으로 두께 50mm까지 용접성 보증 용접성이 특히 요구되는 경우 SM490A, B, C 일반적으로 많이 쓰임 통상적으로 32mm이상 용접 시 예열요구 보, 기둥 SM490YA, YB Nb를 첨가 항복강도를 10% 향상시킨 강 높은 항복 강도가 요구되는 곳 SM520B, C 탄소, 망간의 함유량을 높여 강도를 향상시킨 강 보, 기둥 SM570 열처리한 고장력강 보, 기둥 SM490TMC SM520TMC SM570TMC 제어압연, 가속냉각 방식으로 제조, 고강도·고인성 우수한 용접성을 가진 강으로 두께 40mm이상 후판에서도 설계강도의 저감이 없음. 고층건물, 장스팬구조 큰보, 기둥재 건축구조용 압연강판 및 강대 KS D 3861 SN400A, B, C SN490B, C 기존 SS강재, SM강재의 내진성과 용접성 개선, 소성변형 능력 유지 성능 내진성능이 요구되는 보나 기둥 건축구조용 내화강재 KS D 3865 FR400B, C FR490B, C 화재 발생시 철골 구조물의 급격한 강도 하락방지, 내화 피복 두께 절감 효과. 내화성능 또는 적은 양의 피복두께가 필요한 경우 용접구조용 내후성 열간 압연강재 KS D 3529 SMA400A, B, C SMA490A, B, C SMA570A, B, C - Cu, Cr, P, Ni 등의 원소를 소량 첨가한 저합금강 - 일반강 대비 4∼8배 내식성 발휘 - 대기노출 후 일정시간 경과하면 짙은 갈색의 비정질 안정녹층 형성 - 재도장 필요없어 유지관리 및 환경보호 에 유리 교량 및 외부노출 구조재 H형강말뚝 (KS F 4603) SHK400, 400M SHK490M 관입성이 우수하여 항타가 어려운 지반에서 시공 우수부력, 우려지반에서 기초겸용 인장말뚝으로 사용됨 건축토목용 기초 말뚝 열간압연 널말뚝 (KS F 4604) SY295 SY390 흙막이, 물막이용 강관말뚝 영구용 : 옹벽, 호안 가설용 : 토류공사 용접경량형강 (KS D 3558) SWH 400, 500 강재성분은 SS재와 유사함 판두께 3.2∼12mm 철판을 공장용접 하여 제작 소규모건물 2차부재 경량형강 (KS D 3530) SSC 400 강재성분은 SS재와 유사함 판두께 1.6∼6mm 철판을 냉간압연하여 제작 경미 구조물 2차부재 탄소강관 (KS D 3566) STK 400, 490 STK 540 강재성분은 SS재와 유사함 판두께 2∼22mm, Φ21.7∼609.6mm 트러스재 강관말뚝 각형강관 (KS D 3568) SPSR 400, 490 SPSR 540 강재성분은 STK재와 유사함 판두께 1.2∼22mm, ㅁ20 20∼500 500mm 2차부재 기둥재 내진 탄소강관 (KS D 3632) STKN 400W, 400B STKN490B SN강재와 유사한 기계적 성능 트러스재 기둥재 내진 각형강관 (KS D 3864) SPAR 295 SPAP 235, 325 SN강재와 유사한 기계적 성능 트러스재 기둥재 철근 (KS D 3504) SR240, SR300 SD 300 SD 350, 400, 500 SD 400W,500W · SD 300, SD 400 일반적으로 많이 쓰임 · SD 500 과밀배근 부위 선택적 사용 · W는 용접성능 보강 철근, 일반 건설부품 가공용품 * SM계열 TMC 처리 강재 제품명 SM490TMC ; PILAC-BT 33/SM520TMC ; PILAC-BT 36/SM570TMC ; PILAC-BT 45

 

 

 

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