질소함량이 500MPa 등급 VN 미세합금고강도강봉의기계적특성에미치는영향은생산테스트를통해연구되었습니다. 그결과질소함량이 81PPM에서 269PPM으로증가했고, 철근의입자크기는크게변하지않았으며, 철근의항복강도는 526MPa에서 607MPa로증가한것으로나타났습니다. 항복강도는 15. 4%; 인장강도는 678MPa에서 738MPa로증가했으며인장강도는 8. 8% 증가했으며강도-수율비율은 1. 29에서 1. 22로감소했습니다. V-N 미세합금고강도강철막대에서질소의강화효과는주로강수강화이며, 강수강화는 V-N 강철막대의강도수율비율감소의주요원인입니다.
Introduction
2012년 1월주택도시농촌개발부와산업정보기술부는공동으로고강도철근적용가속화에대한지침을제안하는문서를발표하여 2015년말까지고강도철근의생산량이전체철근생산량의 80%를차지할것을제안했습니다. 대규모고층건물과경간이긴 공공건물의경우 500MPa가선호되는등급철근입니다. 우리나라경제건설의요구에따라건축구조물에서 500MPa 고강도철근에대한수요가증가하고있습니다. 철근의빠른생산속도와높은압연온도로인해최종압연온도는일반적으로 1000 ℃ 이상입니다. 기술적특성에따라철근의합금설계가바나듐미세합금기술 [1]의사용에적합하다고결정합니다. 질소의증가는바나듐을달성하는것입니다. 미세합금강철봉을강화하는주요방법은바나듐의양을줄이고바나듐자원을절약하는데 도움이됩니다 [2-4]. V-N 미세합금기술은국내외에서고강도용접가능한철근개발을위한주류생산기술로널리사용되었습니다. 많은연구에따르면 [1-9] VN 미세합금기술은주로질소증가에의존하여바나듐카바이드, 질화바나듐또는탄화바나듐의형태로바나듐의침전을촉진하여미세분산 2 상입자를형성하여강력한침전강화효과를생성하여강철의강도를높이는것으로나타났습니다. 그러나질소가과도하게증가하면철근의다른성능결함, 특히철근의내진성능지수가발생할수 있습니다. 질소함량이 500MPa VN 미세합금철근의기계적특성에미치는영향은생산테스트를통해연구됩니다. VN 미세합금강봉에서질소의강화메커니즘과질소가 VN 미세합금고강도내진강봉의개발인 VN 미세합금강봉의강도및 항복률에미치는영향을분석했습니다.
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테스트자료및 방법
그룹사제강공장은안정적인성능을갖춘 500MPa급고강도철근을개발하기위해질소함량이다른세 가지유형의 VN 미세합금강을연속적으로제련하고동일한철근생산공정(압연후 자연냉각)을사용하여 500MPa급철근을시험생산했습니다. 세가지강재의이름은 1#, 2#, 3#이며주요화학성분은표 1에나와있습니다.
질소함량이다른세 종류의강철을정제하여 150mm×150mm×6000mm 규격의빌릿으로연속주조하고그룹사의봉강공장으로보내 Φ25mm 규격의철근으로압연하고 1#, 2#, 3#의철근샘플을연신하는실험에서세 강철의항복강도와인장강도를각각시험하고 1#, 2#, 3# 철근의강도-항복률을계산하고세 강철의금속학적구조를관찰했습니다.
1#, 2#, 3# 철근의인장시험결과에따르면그림 1과같은곡선이나타납니다. 그림 1의곡선은질소함량이증가함에따라철근의항복강도와인장강도가순차적으로증가한다는것을보여줍니다. 1# 철근의항복강도는 526MPa, 인장강도는 678MPa, 2# 철근의항복강도는 553MPa, 인장강도는 698MPa, 3# 철근의항복강도는 607MPa, 인장강도는 738MPa입니다. 질소함량은 81PPM에서 269PPM으로증가했고, 철근의항복강도는 526MPa에서 607MPa로증가하여 81MPa가증가했으며항복강도는 15 % 증가했습니다. 4%; 동시에인장강도는 678MPa에서 738MPa로증가하여 60MPa가증가했으며인장강도증가는 8.
1#, 2#, 3# 철근의항복강도및 인장강도값에따라세 철근의강도-항복비율을각각계산하여그림 2에표시된곡선으로그립니다. 그림 2의곡선은질소함량이증가함에따라철근의강도대 수율비율이연속적으로감소하는것을보여줍니다. 그중 1#, 2#, 3# 철근의강도-수율비율은순서대로 1. 29, 1. 26, 1. 22입니다.
질소함량이철근의입자크기에미치는영향
그림 3은 1#, 2#, 3# 철근의금속학적미세구조를보여줍니다. 세가지금속학적미세구조에대한자세한정보는표 2에나와있습니다. 표 2에는 1#, 2#, 3# 철근의상 조성및 구조입자크기가나열되어있습니다. 세가지강철구조는페라이트 + 펄라이트이며, 1 # 철근페라이트입자크기는약 9 -9. 5 등급, 2 # 철근페라이트입자크기는약 9. 5 등급, 3 # 철근페라이트입자크기는약 9-9입니다. 5 등급. 표 2의데이터는질소함량이증가함에따라철근의입자크기가크게변하지않거나질소의증가가 V-N 미세합금철근의미세구조에큰 영향을미치지않음을보여줍니다.
분석및 토론
500MPa급 V-N 미세합금강에서질소의강화메커니즘분석
이기사의테스트결과에따르면 500MPa 등급 VN 미세합금강봉의질소함량은 81PPM에서 269PPM으로증가했으며강봉의입자크기는모두약 9-9입니다. 5. 즉, 질소의증가는 VN 미세합금강철바의구조에명백한영향을미치지않습니다. 동시에, 강철막대의항복강도와인장강도는다양한정도로증가했으며, 항복강도는 81MPa 증가하고인장강도는 60MPa 증가했습니다. 현재철강재료의주요강화이론에는고용체강화, 미세입자강화, 상변화강화및 2 상강화가포함됩니다. 분명히이기사의테스트결과는미세입자강화의효과를분명히배제하고고용체강화및 상변화강화와같은강화효과는두 번째단계의강화를제외하고이기사에서테스트한 세가지강철에대해기본적으로동일합니다. 많은이론적연구와관행에따르면질소는바나듐함유미세합금강에서바나듐에의해고정되어질화바나듐또는탄화바나듐과같은 2 상입자생성물, 강철의 2 상입자는슬라이딩전위와의상호작용메커니즘, 즉침전강화효과를통해강철의강도를크게증가시키는것으로나타났습니다.
관련연구에따르면질소의증가는바나듐의침전에도움이되는것으로나타났습니다. 즉, 질소는바나듐의침전을촉진하고 2상입자의부피분율을증가시킵니다. 일관된연구결과에따르면강철의강도는 2상입자부피분율의 1/2에비례합니다. 따라서바나듐함량이충분하면 VN 미세합금강의질소증가는실제로강철의 2 상입자 (질화바나듐, 탄화바나듐)의부피분율이증가하여침전강화의효과가더 강해집니다. 이논문의테스트결과는질소함량이증가함에따라 500MPa 등급 V-N 강봉의항복강도와인장강도가순차적으로증가한다는것을보여줍니다. 분명히이 논문의테스트결과는관련이론적연구결과와일치합니다.
질소가 500MPa 등급 V-N 미세합금강봉강의강도-수율비율에미치는영향분석
이논문의테스트결과에따르면질소함량이증가함에따라 VN 미세합금강봉의항복강도와인장강도는같은비율로증가하지않습니다. 항복강도의증가는 15. 4%, 인장강도의증가는 8. 8%입니다. 이는항복강도의증가가인장강도의증가보다더 크기때문에철근의강도-수율비율이감소하는현상입니다.
철강재료의항복강도와인장강도의미세한제어메커니즘은분명히다릅니다. 수율은주로재료의대규모전위미끄러짐에의해제어되는반면, 파단은주로재료의미세균열의시작및 전파에의해제어됩니다. . 따라서재료수율연구는주로재료의전위거동을고려하고재료파단연구는주로재료의미세균열거동을고려합니다. 강재의항복강도는재료의전위소스가활성화되고많은수의이동가능한전위가미끄러져재료가어느정도의소성변형을일으키거나생성할 때의강도를말합니다. 2상입자의침전강화메커니즘은 2상입자와슬라이딩전위사이의상호작용메커니즘입니다. 이상호작용메커니즘은컷 스루메커니즘과오로완메커니즘으로나뉘며, 컷스루메커니즘이든오로완메커니즘이든두 번째상 입자의침전은전위의미끄러짐을방해하여강철의항복강도를크게향상시킵니다. 강철재료의인장강도에관한한, 그것은주로강철의미세균열의형성및 전파와관련이있습니다. 미세균열의형성은미세전위의이동을방해하여필연적으로미세균열확장의형성및 전파를방해하여강철의인장강도를어느정도향상시킵니다. 따라서강철의항복강도가향상되는동시에인장강도도어느정도향상됩니다.
두번째단계의크기가매우작을때 강철의항복강도를높이는데 강수강화의효과가강철의인장강도를높이는효과보다크다는지적이있습니다. 이기사의테스트결과에따르면항복강도에대한강수강화의기여도는 81MPa, 인장강도의기여도는 60MPa입니다. 이논문의결과는항복강도에대한강수강화의기여도가인장강도보다크다는것을증명합니다. 또한강철의항복강도와인장강도가같은정도로증가하더라도강철의수율비율은감소합니다. 결국, 2상입자의침전강화효과는결국강철의수율비율을감소시킵니다. 따라서질소함량이증가함에따라 V-N 철근의강수강화효과가강할수록철근의강도-수율비율은낮아집니다.
500MPa 내진보강재개발에대한연구결과의깨달음
이기사의시험결과에서 500MPa 등급 VN 미세합금강봉의질소함량은 81PPM, 136PPM, 269PPM이며해당강봉강도와항복률은 1. 29, 1. 26, 1. 22, 즉질소함량이증가함에따라 VN 미세합금강봉의강도와항복률이달라지며그 원인에대한자세한분석이이미이루어졌습니다. 현재고강도내진철근의내진성능의주요지표는 1. 25 이상이어야합니다. 따라서이 기사의연구결과에서 500MPa급 VN 미세합금고강도내진철근의개발을위해내진성능의주요지수를보장하기위해수율비율이자격을갖춘경우질소함량을화학성분측면에서엄격하게제어해야합니다. 질소함량을 130PPM 이내로제어하는것이더 적절합니다.
