강재의 종류

철은 탄소의 함유량에 따라 역학적 성질이 크게 달라지고 온도의 변화에 따라 원소의 배열이 달라지면서 조직이 변화합니다. 철을 구조 재료로 사용하려면 탄소의 함량을 적절히 제어하고 불순물을 제거한 다음 적절한 열처리 과정을 거쳐야 합니다. 강구조 건축물에 사용되는 강재에는 어떤 종류가 있는지 살펴보겠습니다.

 

▶ 이형철근의 형상과 재질

▶ 강재의 기본적인 특성

▶ 강구조(철골)공사 수량 산출

▶ 형강의 수량 산출

 

구조용 강재

일반적으로 탄소의 함유량이 2.0% 이하인 철강 재료를 강(Steel)으로 분류하고 2.0% 이상인 것을 주철(Cast iron)로 구분합니다. 탄소의 함유량이 증가하면 강도가 높아지지만 연성이 감소하면서 취성이 커집니다. 뿐만 아니라 용접성도 떨어지기 때문에 건축 구조용으로는 사용하기 어렵습니다.

 

구조용 강재는 강도가 높은 것이 유리하겠지만 구조물로 만들려면 가공하기 쉬워야 하고 구조적 안전성을 위해 파괴될 때까지 충분히 변형되면서 많은 에너지를 흡수할 수 있어야 합니다. 따라서 건축 구조용 강재는 탄소 함유량이 비교적 적은 연강(0.12∼0.40% 정도)을 사용합니다.  

 

강재는 기호를 사용해서 제품의 규격을 표시하기 때문에 기호의 의미를 잘 기억해야 합니다. 맨 앞에 알파벳으로 강재의 종류를 표기하는데 그림을 보면 알파벳이 의미하는 것을 알 수 있습니다. 알파벳 다음에 붙이는 숫자는 항복점 강도를 의미한다. 예전에는 인장강도로 표시했지만 철근을 항복점으로 표시하기 때문에 철근의 표기 방법과 일치시키기 위해 항복점 강도로 표시하는 것로 KS를 바꾸었습니다. 용접 구조용 강재에서 항복점 강도 뒤에 붙이는 기호는 충격흡수에너지를 기준으로 강재의 품질을 나타낸 것인데 A에서 C로 갈수록 고품질 강재를 나타냅니다.

 

 

 
강재는 일반 구조용 강재와 용접 구조용 강재가 주로 사용되는데 이 외에도 내진 성능이나 내화 성능을 향상시킨 제품이 생산되면서 점점 고품질 강재의 사용 빈도가 높아지고 있습니다. 일반 구조용 강재는 용접을 하지 않는 부위에만 적용하는 것을 원칙으로 합니다. 용접 구조용은 용접을 하더라도 성능이 저하하지 않도록 처리한 강재로 용접으로 부재를 접합하는 부재 특히 선박용(Steel for Marine)으로 많이 사용되기 때문에 SM으로 표기합니다. 일반 구조용 강재는 SS400이 많이 쓰이고, 용접이 필요한 경우에는 SM400, SM490이 주로 쓰입니다.

 

 

구조물이 고층화, 대형화되면서 용접성과 내진성을 높이기 위해 새로운 강재가 개발되었습니다. TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)강이 대표적입니다. 강재는 강도가 높아지고 두께가 두꺼워지면 일반적으로 용접성이 떨어지고 연성도 줄어듭니다. TMCP강은 탄소량이 적은 강재를 담금질(가속 냉각법)하는 방식으로 기계적 성능을 높인 것인데, 다른 강에 비해 탄소량이 적지만 항복점이 높고 용접성이 우수합니다.

 
건축 구조용 내화 강재는 지진 등 외부 에너지에 대해 건물의 안전성을 향상시킬 수 있도록 부재의 소성 변형 능력을 높인 강재입니다. 일본에서도 한신 대지진 이후 내진 성능 향상을 위해 1994년부터 규격화한 것인데, 항복비(항복강도/인장강도)를 80% 이하로 규정하고 있고, 용접성을 높이기 위해 성분을 엄격하게 관리하도록 규정되어 있습니다.

 

강재의 열처리

참고로 강재의 열처리 방법은 다음과 같이 구분할 수 있습니다.

◈ 불림(normalizing) : 800-1000℃ 가열하여 수십 분간 보존한 후 공기중에 서서히 냉각하는 것으로, 조직을 개선하고 결정을 미세화 
◈ 풀림(annealing) : 불림과 같이 가열하여 소정의 시간까지 유지한 후 내부(노:爐)에서 서서히 냉각하는 것으로, 강을 연화하거나 내부응력을 제거
◈ 담금질(quenching or hardening) : 고온으로 가열하여 소정의 시간 동안 유지한 후에 냉수, 온수 또는 기름에 담가 냉각하는 것으로, 연성이 감소하고 취도가 증가하나 강도 및 경도가 증가하여 마모가 감소
◈ 뜨임질(tempering) : 불림하거나 담금질한 강을 다시 200∼600℃로 수십 분 가열한 후 공기중에서 냉각하는 것으로, 경도 감소, 내부응력 제거, 연성과 인성 증대

 

▶ 강구조(철골)공사 수량 산출

▶ 형강의 수량 산출

 

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