(57)【要約】  一実施形態に係る高強度鉄筋の製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．１８％〜０．４５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０５〜０．３０％以下、マンガン（Ｍｎ）：０．４０％〜３．００％、リン（Ｐ）：０超過０．０４％以下、硫黄（Ｓ）：０超過０．０４％以下、クロム（Ｃｒ）：０超過１．０％以下、銅（Ｃｕ）：０超過０．５０％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過０．２５％以下、モリブデン（Ｍｏ）：０超過０．５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０超過０．０４０％以下、バナジウム（Ｖ）：０超過０．２０％以下、窒素（Ｎ）：０超過０．０４０％以下、アンチモン（Ｓｂ）：０超過０．１％以下、スズ（Ｓｎ）：０超過０．１％以下、残部鉄（Ｆｅ）およびその他不可避に含有される不純物を含む鋳片を１０００℃〜１１００℃の温度範囲で再加熱するステップと、前記再加熱された鋳片を８５０℃〜１０００℃の温度で仕上げ熱間圧延するステップと、前記熱間圧延された鋼材をテンプコア工程を経てＭｓ（℃）温度に冷却するステップとを含む。
2019535892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）重量％で、炭素（Ｃ）：０．１８％〜０．４５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０５〜０．３０％以下、マンガン（Ｍｎ）：０．４０％〜３．００％、リン（Ｐ）：０超過０．０４％以下、硫黄（Ｓ）：０超過０．０４％以下、クロム（Ｃｒ）：０超過１．０％以下、銅（Ｃｕ）：０超過０．５０％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過０．２５％以下、モリブデン（Ｍｏ）：０超過０．５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０超過０．０４０％以下、バナジウム（Ｖ）：０超過０．２０％以下、窒素（Ｎ）：０超過０．０４０％以下、アンチモン（Ｓｂ）：０超過０．１％以下、スズ（Ｓｎ）：０超過０．１％以下、残部鉄（Ｆｅ）およびその他不可避に含有される不純物を含む鋳片を１０００℃〜１１００℃の温度範囲で再加熱するステップと、
（ｂ）前記再加熱された鋳片を８５０℃〜１０００℃の温度で仕上げ熱間圧延するステップと、
（ｃ）前記熱間圧延された鋼材をテンプコア工程を経てＭｓ（℃）温度に冷却するステップと
を含む高強度鉄筋の製造方法。
【請求項２】
（ｃ）ステップは、前記冷却された鋼材に対して５００℃〜７００℃の温度で復熱する過程を含む、請求項１に記載の高強度鉄筋の製造方法。
【請求項３】
前記鋳片は、重量％で、タングステン（Ｗ）：０超過０．５０％以下、およびカルシウム（Ｃａ）：０超過０．００５％以下のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の高強度鉄筋の製造方法。
【請求項４】
前記製造された鉄筋は、中心部の場合、等軸フェライトおよびパーライトを含む複合構造を有し、表面部の場合、焼戻しマルテンサイトの組織を有する、請求項１に記載の高強度鉄筋の製造方法。
【請求項５】
前記製造された鉄筋は、下記式によって決定される降伏強度（ＹＳ）および引張強度（ＴＳ）を有する、請求項１に記載の高強度鉄筋の製造方法。
降伏強度（ＹＳ）＝５７＋１８００・［Ｃ］＋３５０・［Ｍｎ］＋１９・［ＨＬＶＦ］＋８・［ＦＶＦ］−［ＦＤＴ］−［Ｄｉａ］
引張強度（ＴＳ）＝１７６４−１９０９３・［Ｃ］−８１・［Ｍｎ］＋１０２０・［Ｖ］＋３０．９・［ＨＬＶＦ］＋０．４２４・［ＰＣＳ］＋４．８１・［ＦＤＴ］＋５８．３・［ＷＡＰ］
（上記式中、降伏強度および引張強度の単位はＭＰａであり、［Ｃ］、［Ｍｎ］、および［Ｖ］は、それぞれ炭素、マンガン、およびバナジウムの含有量組成を意味し、単位は重量％である。［ＨＬＶＦ］は、前記高強度鉄筋を長手方向に垂直な方向に切断した断面において、表面部の硬化層の面積分率（％）を意味する。［ＦＶＦ］は、前記高強度鉄筋の前記断面において、フェライトの面積分率（％）を意味する。［ＰＣＳ］は、前記高強度鉄筋の前記断面において、パーライトの粒度（μｍ）を意味する。［Ｄｉａ］は、鉄筋の直径（ｍｍ）を意味する。［ＦＤＴ］は、前記高強度鉄筋の製造工程中、熱延工程の仕上げ圧延温度（℃）、［ＷＡＰ］は、テンプコア工程の冷却水の水量（ｍ３／ｈｒ）を意味する。降伏強度（ＹＳ）の導出式の係数である５７、１８００、３５０、１９、８、−１、および−１は、それぞれＭＰａ、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／面積分率％、ＭＰａ／面積分率％、ＭＰａ／℃、ＭＰａ／ｍｍの単位を有する。引張強度（ＴＳ）の導出式の係数である１７６４、−１９０９３、−８１、１０２０、３０．９、０．４２４、４．８１、および５８．３は、それぞれＭＰａ、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／面積分率％、ＭＰａ／μｍ、ＭＰａ／℃、およびＭＰａ／ｂａｒの単位を有する。）
【請求項６】
重量％で、炭素（Ｃ）：０．１８％〜０．４５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０５〜０．３０％以下、マンガン（Ｍｎ）：０．４０％〜３．００％、リン（Ｐ）：０超過０．０４％以下、硫黄（Ｓ）：０超過０．０４％以下、クロム（Ｃｒ）：０超過１．０％以下、銅（Ｃｕ）：０超過０．５０％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過０．２５％以下、モリブデン（Ｍｏ）：０超過０．５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０超過０．０４０％以下、バナジウム（Ｖ）：０超過０．２０％以下、窒素（Ｎ）：０超過０．０４０％以下、アンチモン（Ｓｂ）：０超過０．１％以下、スズ（Ｓｎ）：０超過０．１％以下、残部鉄（Ｆｅ）およびその他不可避に含有される不純物を含み、かつ、中心部の場合、等軸フェライトおよびパーライトを含む複合構造を有し、表面部の場合、焼戻しマルテンサイトの組織を有する高強度鉄筋。
【請求項７】
重量％で、タングステン（Ｗ）：０超過０．５０％以下、およびカルシウム（Ｃａ）：０超過０．００５％以下のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項６に記載の高強度鉄筋。
【請求項８】
少なくとも５００ＭＰａ以上の降伏強度および０．８以下の降伏比を有する、請求項６に記載の高強度鉄筋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度鉄筋およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、構造物用鋼材は、超高層ビル、長大橋梁、巨大海洋構造物、地下構造物などに広く適用されている。このような土木建築分野での構造物が超高層化され巨大化されるほど、構造物用鋼材の軽量化および高強度化は必須の要件となる。これによって、構造物に適用される鉄筋の場合にも、高強度および高耐震特性を向上させることへの要求が高まっている。
【０００３】
先行文献としては、大韓民国登録公報第１０−１０９５４８６号（２０１１．１２．１９公告、発明の名称：耐震用鉄筋の製造方法およびこれにより製造される耐震用鉄筋）がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、合金組成の制御および工程の制御により高強度特性を有する鉄筋を効果的に製造する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明は、前述した方法により製造された高強度特性の鉄筋を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る高強度鉄筋の製造方法は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．１８％〜０．４５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０５〜０．３０％以下、マンガン（Ｍｎ）：０．４０％〜３．００％、リン（Ｐ）：０超過０．０４％以下、硫黄（Ｓ）：０超過０．０４％以下、クロム（Ｃｒ）：０超過１．０％以下、銅（Ｃｕ）：０超過０．５０％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過０．２５％以下、モリブデン（Ｍｏ）：０超過０．５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０超過０．０４０％以下、バナジウム（Ｖ）：０超過０．２０％以下、窒素（Ｎ）：０超過０．０４０％以下、アンチモン（Ｓｂ）：０超過０．１％以下、スズ（Ｓｎ）：０超過０．１％以下、残部鉄（Ｆｅ）およびその他不可避に含有される不純物を含む鋳片を１０００℃〜１１００℃の温度範囲で再加熱するステップと、前記再加熱された鋳片を８５０℃〜１０００℃の温度で仕上げ熱間圧延するステップと、前記熱間圧延された鋼材をテンプコア工程を経てＭｓ（℃）温度に冷却するステップとを含む。
【０００７】
一実施形態において、前記鋼材をテンプコア工程を経てＭｓ（℃）温度に冷却するステップは、前記冷却された鋼材に対して５００℃〜７００℃の温度で復熱する過程を含むことができる。
【０００８】
他の実施形態において、前記鋳片は、重量％で、タングステン（Ｗ）：０超過０．５０％以下、およびカルシウム（Ｃａ）：０超過０．００５％以下のうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。
【０００９】
さらに他の実施形態において、前記製造された鉄筋は、等軸フェライトおよびパーライトを含む複合構造を有することができる。
【００１０】
本発明の一態様に係る高強度鉄筋は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．１８％〜０．４５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０５〜０．３０％以下、マンガン（Ｍｎ）：０．４０％〜３．００％、リン（Ｐ）：０超過０．０４％以下、硫黄（Ｓ）：０超過０．０４％以下、クロム（Ｃｒ）：０超過１．０％以下、銅（Ｃｕ）：０超過０．５０％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過０．２５％以下、モリブデン（Ｍｏ）：０超過０．５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０超過０．０４０％以下、バナジウム（Ｖ）：０超過０．２０％以下、窒素（Ｎ）：０超過０．０４０％以下、アンチモン（Ｓｂ）：０超過０．１％以下、スズ（Ｓｎ）：０超過０．１％以下、残部鉄（Ｆｅ）およびその他不可避に含有される不純物を含み、かつ、等軸フェライトおよびパーライトを含む複合構造を有する。
【００１１】
一実施形態において、重量％で、タングステン（Ｗ）：０超過０．５０％以下、およびカルシウム（Ｃａ）：０超過０．００５％以下のうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。
他の実施形態において、前記鉄筋は、少なくとも５００ＭＰａ以上の降伏強度および０．８以下の降伏比を有することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、合金組成の制御および工程の制御により、少なくとも５００ＭＰａ以上の降伏強度および０．８以下の降伏比を有する、高強度および高耐震特性を有する鉄筋を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る鉄筋の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図２】本発明の比較例による鉄筋の微細組織を示す写真である。
【図３】本発明の実施例１による鉄筋の微細組織を示す写真である。
【図４】本発明の実施例３による鉄筋の微細組織を示す写真である。
【図５】本発明の実施例５による鉄筋の微細組織を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、本明細書で説明する実施例に限定されない。本明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同一の図面符号を付した。また、本発明の要旨を不必要にあいまいにしうる公知の機能および構成に関する詳細な説明は省略する。
【００１５】
以下に説明する本発明の実施例は、適切な成分の設計および工程の制御により、製造される高強度鉄筋を提示する。
【００１６】
高強度鉄筋
本発明の実施形態に係る高強度鉄筋は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．１８％〜０．４５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０５〜０．３０％以下、マンガン（Ｍｎ）：０．４０％〜３．００％、リン（Ｐ）：０超過０．０４％以下、硫黄（Ｓ）：０超過０．０４％以下、クロム（Ｃｒ）：０超過１．０％以下、銅（Ｃｕ）：０超過０．５０％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過０．２５％以下、モリブデン（Ｍｏ）：０超過０．５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０超過０．０４０％以下、バナジウム（Ｖ）：０超過０．２０％以下、窒素（Ｎ）：０超過０．０４０％以下、アンチモン（Ｓｂ）：０超過０．１％以下、スズ（Ｓｎ）：０超過０．１％以下、残部鉄（Ｆｅ）およびその他不可避に含有される不純物を含む。また、前記高強度鉄筋は、重量％で、タングステン（Ｗ）：０超過０．５０％以下、およびカルシウム（Ｃａ）：０超過０．００５％以下のうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。
【００１７】
前記高強度鉄筋の中心部は、等軸フェライトおよびパーライトを含む複合構造を有し、表面部は、焼戻しマルテンサイトの組織を有することができる。
【００１８】
具体的には、前記高強度鉄筋を長手方向に垂直な方向に切断した断面において、前記高強度鉄筋は、２４〜３０％の面積分率を有するフェライト、４８〜５９％の面積分率を有するパーライト、および１７〜２２％の面積分率を有する焼戻しマルテンサイトを含むことができる。前記焼戻しマルテンサイトは、前記高強度鉄筋の硬化層を構成することができる。すなわち、前記高強度鉄筋の硬化層は、約１７〜２２％の面積分率を有することができる。
【００１９】
具体的な一例として、前記フェライトの粒度は、８〜２０μｍであってもよいし、前記パーライトの粒度は、２５〜４８μｍであってもよい。前記高強度鉄筋の中心部の硬度は、約２４４Ｈｖであってもよいし、前記高強度鉄筋の硬化層の硬度は、３２６Ｈｖであってもよい。
【００２０】
上述した製造工程により、製造される鉄筋は、少なくとも５００ＭＰａ以上の降伏強度（ＹＳ）および０．８以下の降伏比（ＹＲ）を有することができる。
【００２１】
以下、本発明に係る高強度鉄筋の必須合金組成に含まれる各成分の役割およびその含有量についてより具体的に説明する。
【００２２】
炭素（Ｃ）
炭素（Ｃ）は、鉄筋の強度確保のために添加される。炭素は、オーステナイトに固溶して、焼入れ時、マルテンサイトのような組織を形成することにより、強度を向上させる。また、鉄、クロム、モリブデン、バナジウムなどの元素と結合して炭化物を形成することにより、強度と硬度を向上させることができる。
【００２３】
前記炭素（Ｃ）は、全体鉄筋重量の０．１８〜０．４５重量％添加される。炭素（Ｃ）の含有量が０．１８重量％未満の場合、強度の確保に困難がありうる。逆に、炭素の含有量が０．４５重量％を超える場合、強度は増加するが、深部の硬度および溶接性が低下する問題点がある。
【００２４】
シリコン（Ｓｉ）
シリコン（Ｓｉ）は、製鋼工程で鋼中の酸素を除去するための脱酸剤の役割を果たすことができる。また、シリコンは、固溶強化の機能を行うこともできる。
【００２５】
前記シリコンは、全体鉄筋重量の０．０５〜０．３０重量％以下で添加される。シリコンの含有量が０．０５重量％未満の場合、前述した効果を十分に確保しにくい。シリコンの含有量が０．３０重量％を超える場合、鋼の表面に酸化物を形成して鋼の溶接性などを低下させることがある。
【００２６】
マンガン（Ｍｎ）
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の強度および靭性を増加させ、鋼の焼入れ性を増加させる元素である。前記マンガンは、全体鉄筋重量の０．４０〜３．００重量％添加される。マンガンの含有量が０．４０重量％未満の場合、強度の確保に困難がありうる。反面、マンガンの含有量が３．００重量％を超える場合、強度は増加するが、ＭｎＳ系非金属介在物の量が増加したことに起因して、溶接時にクラック発生などの欠陥を誘発することがある。
【００２７】
リン（Ｐ）
リン（Ｐ）は、セメンタイトの形成を抑制し、強度を増加させることができる。ただし、リンの含有量が０．０４重量％を超えて添加された場合、２次加工脆性を低下させることがある。したがって、リン（Ｐ）は、全体鉄筋重量の０超過０．０４重量％以下に制御される。
【００２８】
硫黄（Ｓ）
硫黄（Ｓ）は、マンガン、モリブデンなどと結合して鋼の被削性を改善させることができる。しかし、ＭｎＳ、ＦｅＳなどの形態で析出が行われ、このような析出物の量が増加する場合、熱間および冷間加工時に亀裂を起こすことがある。したがって、硫黄（Ｓ）は、全体鉄筋重量の０超過０．０４重量％以下に制御される。
【００２９】
クロム（Ｃｒ）
クロム（Ｃｒ）は、鋼の硬化能を向上させて焼入れ性を改善させることができる。
前記クロムは、全体鉄筋重量の０超過１．０重量％以下で添加される。クロムの含有量が１．０重量％を超えて添加された場合、溶接性や熱影響部の靭性を低下させかねないという欠点がある。
【００３０】
銅（Ｃｕ）
銅（Ｃｕ）は、鋼の硬化能および低温衝撃靭性を向上させる役割を果たすことができる。ただし、銅の含有量が０．５０重量％を超えて添加された場合、赤熱脆性を誘発することがある。したがって、銅（Ｃｕ）は、全体鉄筋重量の０超過０．５０重量％以下に制御される。
【００３１】
ニッケル（Ｎｉ）
ニッケル（Ｎｉ）は、材料の強度を増加させ、低温衝撃値を確保できるようにする。ただし、ニッケルの含有量が全体重量の０．２５重量％を超える場合には、常温強度が過度に高くなって溶接性および靭性が劣化することがある。したがって、ニッケル（Ｎｉ）は、全体鉄筋重量の０超過０．２５重量％以下に制御される。
【００３２】
モリブデン（Ｍｏ）
モリブデン（Ｍｏ）は、強度および靭性を向上させ、常温や高温で安定した強度を確保するように寄与する。ただし、モリブデンの含有量が０．５０重量％を超えて添加された場合、溶接性を低下させることがある。したがって、モリブデン（Ｍｏ）は、全体鉄筋重量の０超過０．５０重量％以下に制御される。
【００３３】
アルミニウム（Ａｌ）
アルミニウム（Ａｌ）は、脱酸剤として機能することができる。ただし、アルミニウムの含有量が０．０４０重量％を超えて添加された場合、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）のような非金属介在物の量を増加させることがある。したがって、アルミニウム（Ａｌ）は、全体鉄筋重量の０超過０．０４０重量％以下に制御される。
【００３４】
バナジウム（Ｖ）
バナジウム（Ｖ）は、結晶粒界にピニング（ｐｉｎｎｉｎｇ）として作用して強度の向上に寄与する元素である。ただし、バナジウム（Ｖ）の含有量が０．２０重量％を超える場合には、鋼の製造費用を上昇させる問題がある。したがって、全体鉄筋重量の０超過０．２０重量％以下で添加されることが好ましい。
【００３５】
窒素（Ｎ）
窒素は、他の合金元素であるチタン、バナジウム、ニオブ、アルミニウムなどと結合して窒化物を形成して結晶粒を微細にする機能を行うことができる。しかし、０．０４０％を超えて多量添加時に窒素量が増加して鋼の延伸率および成形性が低下する問題がある。したがって、全体鉄筋重量の０超過０．０４０重量％以下で添加されることが好ましい。
【００３６】
アンチモン（Ｓｂ）
アンチモン（Ｓｂ）は、高温でこれらの元素自体が酸化皮膜を形成しないものの、表面および結晶粒界面に濃化して鋼中の成分元素が表面に拡散することを抑制して、結果的に酸化物の生成を抑制する効果がある。また、アンチモン（Ｓｂ）は、特にＭｎ、Ｂが複合的に添加された場合、表面酸化物層の粗大化を効果的に抑制する役割を果たす。ただし、アンチモン（Ｓｂ）の含有量が０．１重量％を超える場合、それ以上の効果アップなしに費用だけを上昇させる要因として作用しうるので、経済的でない。したがって、アンチモン（Ｓｂ）は、全体鉄筋重量の０超過０．１重量％以下に制御される。
【００３７】
スズ（Ｓｎ）
スズ（Ｓｎ）は、耐食性を確保するために添加される。ただし、スズの含有量が０．１％を超えて添加された場合、延伸率が急激に減少することがある。したがって、スズ（Ｓｎ）は、全体鉄筋重量の０超過０．１重量％以下に制御される。
【００３８】
タングステン（Ｗ）
タングステン（Ｗ）は、焼入れ性向上および固溶強化による室温引張強度および高温降伏強度の上昇に有効な元素である。ただし、タングステンの含有量が０．５０重量％を超えて添加された場合、過度の添加によって溶接熱影響部の再熱脆化が発生する恐れがある。したがって、タングステン（Ｗ）は、全体鉄筋重量の０超過０．５０重量％以下に制御される。
【００３９】
カルシウム（Ｃａ）
カルシウム（Ｃａ）は、ＣａＳ介在物を形成させることでＭｎＳ介在物の生成を妨げることにより、電気抵抗溶接性を向上させるための目的で添加される。すなわち、カルシウム（Ｃａ）は、マンガン（Ｍｎ）に比べて硫黄との親和度が高いので、カルシウムの添加時、ＣａＳ介在物が生成され、ＭｎＳ介在物の生成は減少する。このようなＭｎＳは、熱間圧延中に延伸されて、電気抵抗溶接（ＥＲＷ）時のフック欠陥などを誘発することにより、電気抵抗溶接性が向上できる。
【００４０】
ただし、カルシウム（Ｃａ）の含有量が０．００５重量％を超える場合には、ＣａＯ介在物の生成が過度になって連鋳性および電気抵抗溶接性を低下させる問題点がある。したがって、カルシウム（Ｃａ）は、全体鉄筋重量の０超過０．００５重量％以下に制御される。
【００４１】
上述した合金組成の成分のほか、残部は、鉄（Ｆｅ）および製鋼過程などで不可避に含有される不純物からなる。
【００４２】
高強度鉄筋の製造方法
以下、本発明の一実施形態に係る鉄筋を製造する方法を説明する。
【００４３】
図１は、本発明の一実施形態に係る鉄筋の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図１を参照すれば、鉄筋の製造方法は、鋳片の再加熱ステップＳ１１０と、熱間圧延ステップＳ１２０と、テンプコア冷却ステップＳ１３０と、復熱ステップＳ１４０とを含む。この時、再加熱ステップＳ１１０は、析出物の再固溶などの効果を導出するために行われる。この時、前記鋳片は、製鋼工程により所定の組成の溶鋼を得た後に、連続鋳造工程により確保することができる。前記鋳片は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．１８％〜０．４５％、シリコン（Ｓｉ）：０．０５〜０．３０％以下、マンガン（Ｍｎ）：０．４０％〜３．００％、リン（Ｐ）：０超過０．０４％以下、硫黄（Ｓ）：０超過０．０４％以下、クロム（Ｃｒ）：０超過１．０％以下、銅（Ｃｕ）：０超過０．５０％以下、ニッケル（Ｎｉ）：０超過０．２５％以下、モリブデン（Ｍｏ）：０超過０．５０％以下、アルミニウム（Ａｌ）：０超過０．０４０％以下、バナジウム（Ｖ）：０超過０．２０％以下、窒素（Ｎ）：０超過０．０４０％以下、アンチモン（Ｓｂ）：０超過０．１％以下、スズ（Ｓｎ）：０超過０．１％以下、残部鉄（Ｆｅ）およびその他不可避に含有される不純物を含む。前記鋳片は、重量％で、タングステン（Ｗ）：０超過０．５０％以下、およびカルシウム（Ｃａ）：０超過０．００５％以下のうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。
【００４４】
再加熱ステップ
鋳片の再加熱ステップでは、前記の組成を有する鋳片を１０００℃〜１１００℃の温度範囲で再加熱する。このような再加熱により、鋳造時に偏析した成分の再固溶および析出物の再固溶が発生できる。この時、前記鋳片は、再加熱ステップＳ１１０の前に行われる連続鋳造過程により製造されるブルームまたはビレットでありうる。
【００４５】
鋳片の再加熱温度が１０００℃未満の場合には、加熱温度が十分でなく、前記偏析成分および析出物の再固溶が十分に起こらないことがある。また、圧延負荷が大きくなる問題がある。逆に、再加熱温度が１１００℃を超える場合、オーステナイト結晶粒が粗大化されたり、または脱炭現象が発生して強度を阻害することがある。
【００４６】
熱間圧延
熱間圧延ステップＳ１２０では、前記再加熱された鋳片を８５０℃〜１０００℃の温度で仕上げ熱間圧延する。仕上げ圧延温度が１０００℃を超える場合、オーステナイト結晶粒が粗大化されて変態後のフェライト結晶粒の微細化が十分に行われず、これによって強度の確保が困難になりかねない。逆に、仕上げ圧延温度が８５０℃未満で行われる場合には、圧延負荷を誘発して生産性を低下させ、熱処理効果を低減させることがある。
【００４７】
具体的には、前述した温度での熱間圧延により、微細なオーステナイト組織と塊状のマッシブ（ｍａｓｓｉｖｅ）フェライトが形成される。また、前記熱間圧延中にフェライトの連続動的再結晶によって前記塊状のフェライトの内部で亜結晶粒が形成され、前記亜結晶粒が回転して高傾角粒界を有する微細フェライトが形成される。前記微細フェライトは、後続してパーライト変態の駆動力を向上させることができる。
【００４８】
テンプコア冷却
テンプコア冷却ステップＳ１３０では、十分な強度を確保するために、前記熱間圧延された鋼材をテンプコア工程を経てマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ温度）に冷却する。テンプコア工程中に冷却された鋼材に対して５００℃〜７００℃の温度で復熱する過程が進行する。
【００４９】
一実施形態において、前記テンプコア工程時、冷却水の水圧は、５〜１０ｂａｒであってもよいし、前記冷却水の水量は、４５０〜１１００ｍ３／ｈｒであってもよい。
【００５０】
上述した工程により、中心部は、等軸フェライトおよびパーライトを含む複合構造を有し、表面部は、焼戻しマルテンサイトの組織を有する高強度鉄筋を製造することができる。
【００５１】
具体的には、前記高強度鉄筋を長手方向に垂直な方向に切断した断面において、前記高強度鉄筋は、２４〜３０％の面積分率を有するフェライト、４８〜５９％の面積分率を有するパーライト、および１７〜２２％の面積分率を有する焼戻しマルテンサイトを含むことができる。前記焼戻しマルテンサイトは、前記高強度鉄筋の硬化層を構成することができる。すなわち、前記高強度鉄筋の硬化層は、約１７〜２２％の面積分率を有することができる。
【００５２】
具体的な一例として、前記フェライトの粒度は、８〜２０μｍであってもよいし、前記パーライトの粒度は、２５〜４８μｍであってもよい。前記高強度鉄筋の中心部の硬度は、約２４４Ｈｖであってもよいし、前記高強度鉄筋の硬化層の硬度は、３２６Ｈｖであってもよい。
【００５３】
上述した製造工程により、製造される鉄筋は、少なくとも５００ＭＰａ以上の降伏強度（ＹＳ）および０．８以下の降伏比（ＹＲ）を有することができる。
【００５４】
実施例
以下、本発明の好ましい実施例を通じて本発明の構成および作用をより詳細に説明する。ただし、これは、本発明の好ましい例として提示されたものであり、いかなる意味でもこれによって本発明が制限されると解釈されない。
【００５５】
ここに記載されていない内容は、この技術分野における熟練した者であれば十分に技術的に類推できるものであるので、その説明を省略する。
【００５６】
１．試験片の製造
下記表１に表された合金組成および残部鉄（Ｆｅ）と不可避な不純物からなる鋳片を準備した。前記鋳片を下記表２に表された条件で熱間圧延して、実施例１〜３および比較例の条件による複数の試験片を製造した。
【表１】
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【表２】
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【００５７】
２．物性評価
表３は、比較例および実施例１〜５の条件により製造された複数の試験片に対する機械的物性評価の結果を示したものである。物性評価は、降伏強度（ＹＳ）、引張強度（ＴＳ）、延伸率（ＥＬ）、および降伏比（ＹＲ）を測定して示した。
【表３】
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【００５８】
表３を参照すれば、試験片は多様な大きさの直径を有するように製造された。しかし、比較例、実施例１〜３の条件は、共通して直径２２ｍｍ（Ｄ２２）の試験片を含んでいる。実施例５の条件の場合、直径５７ｍｍを有する試験片（Ｄ５７）に製造された。
【００５９】
降伏強度を比較すれば、比較例および実施例１〜５の条件の試験片は、いずれも５００ＭＰａ以上を満たした。特に、実施例２〜５の条件の試験片（試験片番号５〜１０）は、６００ＭＰａ以上の降伏強度を示した。一方、比較例の条件の試験片（試験片番号１）は、降伏比が０．８を超えるのに対し、実施例１〜５の条件の試験片は、降伏比０．８以下をいずれも満たした。
【００６０】
図２〜図５は、本発明の比較例および実施例による鉄筋の微細組織を示す写真である。表４は、比較例および実施例１〜５の条件により製造された複数の試験片に対する微細組織の観察結果を示した表である。前記微細組織は、鉄筋の中心部を観察したものであって、前記中心部と対比される鉄筋の表面部は、焼戻しマルテンサイトからなる。
【表４】
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【００６１】
図２は、比較例の条件のＤ２２規格の試験片（試験片番号１）の組織観察の写真であり、図３は、実施例１の条件のＤ２２規格の試験片（試験片番号３）の組織観察の写真である。また、図４は、実施例３の条件のＤ２２規格の試験片（試験片番号７）の組織観察の写真であり、図５は、実施例５の条件のＤ５７規格の試験片（試験片番号１０）の組織観察の写真である。
【００６２】
図２〜図５を観察すれば、比較例および実施例１〜３の条件の試験片は、等軸フェライトおよびパーライトの混合相が観察された。ただし、表４に示されるような、粒度観察の結果、実施例１〜３の条件に対応する試験片番号３、７、１０の組織の粒度は、比較例の条件に対応する試験片番号１の組織の粒度より小さかった。特に、試験片番号１、３、７を比較すれば、同じ直径２２ｍｍ規格の鉄筋において、組織相の粒度が小くなるほど、降伏強度は増加し、降伏比は減少することを確認することができる。したがって、微細組織の粒度の微細化が、本実施例の鉄筋の高強度および高耐震特性を導出したと判断される。
【００６３】
上述したように、本発明の実施例によれば、前記高強度鉄筋の中心部は、等軸フェライトおよびパーライトを含む複合構造を有し、前記高強度鉄筋の表面部は、焼戻しマルテンサイトの組織を有することができる。
【００６４】
具体的には、前記高強度鉄筋を長手方向に垂直な方向に切断した断面において、前記高強度鉄筋は、２４〜３０％の面積分率を有するフェライト、４８〜５９％の面積分率を有するパーライト、および１７〜２２％の面積分率を有する焼戻しマルテンサイトを含むことができる。前記焼戻しマルテンサイトは、前記高強度鉄筋の硬化層を構成することができる。すなわち、前記高強度鉄筋の硬化層は、約１７〜２２％の面積分率を有することができる。
【００６５】
具体的な一例として、前記フェライトの粒度は、８〜２０μｍであってもよいし、前記パーライトの粒度は、２５〜４８μｍであってもよい。前記高強度鉄筋の中心部の硬度は、約２４４Ｈｖであってもよいし、前記高強度鉄筋の硬化層の硬度は、３２６Ｈｖであってもよい。
【００６６】
一方、本発明の一実施形態により製造される高強度鉄筋は、次のような複数のパラメータで決定される降伏強度（ＹＳ）および引張強度（ＴＳ）を有することができる。前記パラメータは、本発明の実施例による鉄筋の合金組成、工程条件、鉄筋の相面積分率、鉄筋の直径などによって決定可能である。
【００６７】
降伏強度（ＹＳ）＝５７＋１８００・［Ｃ］＋３５０・［Ｍｎ］＋１９・［ＨＬＶＦ］＋８・［ＦＶＦ］−［ＦＤＴ］−［Ｄｉａ］
【００６８】
引張強度（ＴＳ）＝１７６４−１９０９３・［Ｃ］−８１・［Ｍｎ］＋１０２０・［Ｖ］＋３０．９・［ＨＬＶＦ］＋０．４２４・［ＰＣＳ］＋４．８１・［ＦＤＴ］＋５８．３・［ＷＡＰ］
【００６９】
上記式中、降伏強度および引張強度の単位はＭＰａであり、［Ｃ］、［Ｍｎ］、および［Ｖ］は、それぞれ炭素、マンガン、およびバナジウムの含有量組成を意味し、単位は重量％である。［ＨＬＶＦ］は、前記高強度鉄筋を長手方向に垂直な方向に切断した断面において、表面部の硬化層の面積分率（％）を意味する。具体的には、前記表面部の硬化層は、焼戻しマルテンサイトからなる前記表面部の面積分率（％）を意味する。［ＦＶＦ］は、前記高強度鉄筋の前記断面において、フェライトの面積分率（％）を意味する。［ＰＣＳ］は、前記高強度鉄筋の前記断面において、パーライトの粒度（μｍ）を意味する。［Ｄｉａ］は、鉄筋の直径（ｍｍ）を意味する。
【００７０】
［ＦＤＴ］は、前記高強度鉄筋の製造工程中、熱延工程の仕上げ圧延温度（℃）、［ＷＡＰ］は、テンプコア工程の冷却水の水量（ｍ３／ｈｒ）を意味する。
【００７１】
また、降伏強度（ＹＳ）の導出式の係数である５７、１８００、３５０、１９、８、−１、および−１は、それぞれＭＰａ、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／面積分率％、ＭＰａ／面積分率％、ＭＰａ／℃、ＭＰａ／ｍｍの単位を有する。
【００７２】
一方、引張強度（ＴＳ）の導出式の係数である１７６４、−１９０９３、−８１、１０２０、３０．９、０．４２４、４．８１、および５８．３は、それぞれＭＰａ、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／重量％、ＭＰａ／面積分率％、ＭＰａ／μｍ、ＭＰａ／℃、およびＭＰａ／ｂａｒの単位を有する。
【００７３】
以上、本発明の実施例を中心に説明したが、当業者レベルで多様な変更や変形を加えることができる。このような変更と変形が、本発明の範囲を逸脱しない限り、本発明に属するといえる。したがって、本発明の権利範囲は、以下に記載の請求の範囲によって判断されなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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