강재의 성분과 재료 특성

핵심 정리

강재는 철을 주성분으로 하는 금속 재료이며, 강구조 공학에서는 철로 이루어진 균질한 재료로 쓰인다. 강철은 탄소 함유량이 0.035~1.7%인 철을 가리키고, 강재 성분의 98% 이상은 철이다. 철 이외의 성분은 극소량이지만 재료 특성에 큰 영향을 준다. 그러므로 강재의 종류와 쓰임은 성분 비율과 제조 과정에 따라 달라진다고 이해해야 한다.

강재 설계에서 가장 중요하게 보는 특성 중 하나는 취성이다. 탄소량이 많아지면 강도는 증가하나 취성이 커지고 연신율과 충격치가 감소하며 용접성은 저하된다. 따라서 강도를 높이려고 탄소량을 늘리면 연성과 충격에 대한 저항을 잃는 교환 관계가 생긴다.

강재를 고르는 첫 단계는 강종 기호와 강도 규정을 확인하는 것이다. SS275 강재의 인장강도는 강종별로 규정된 범위를 가지며, 410~550MPa로 규정된다. 인장강도는 범위로 규정 강재 기호의 숫자가 무엇을 뜻하는지는 따로 확인해야 한다.

강재의 강성은 탄성계수로 나타낸다. 구조용 강재의 탄성계수는 210,000MPa이다. 탄성계수는 강도 규정과 별개로 다루는 값이다.

강재는 공장에서 생산되어 콘크리트보다 재료 물성이 균질하다. 반면 일반 강재는 녹슬기 쉬워 부식에 따른 유지관리가 필요하다. 이 두 특성은 강재를 쓸 때 장점과 한계를 함께 판단하는 기준이 된다.

자세히

강종 기호의 뜻

강재 명칭에 붙는 기호는 강재의 용도와 성능 등급을 알려 준다. 구조용 강재 기호 SN은 건축구조용 압연 강재를 뜻한다. SN은 내진성을 높이도록 항복비와 연성을 규정한 건축구조용 압연강재이다. 철골 내진설계에서는 소성변형능력과 용접성 확보를 위해 쓰는 건축구조용 압연강재가 SN 강재이다. SN은 내진용 압연강재

SMA는 건축구조용 내후성 압연강재를 나타내는 기호이다. 내후성은 대기 중에서 부식을 견디는 성질로 이해한다. HSA는 건축구조용 탄소강관을 뜻하는 기호가 아니다. 기호의 뜻을 잘못 알면 강재 종류를 잘못 고르게 된다.

기호 끝의 알파벳도 뜻이 따로 있다. P 기호는 도장용 강재임을 나타내어 도장 처리 후 사용이 가능한 강재를 뜻한다. KS 강재 명칭 끝의 A·B·C·D 알파벳은 충격흡수에너지 등급을 나타내며 뒤로 갈수록 충격 특성이 향상된다.

제조 공정과 철근

제강은 선철의 성질을 변화시키거나 고철을 전기로에서 용융시켜 강재를 만드는 과정이다. 탈산 방식에 따라 킬드강과 림드강을 구분한다. 킬드강은 완전 탈산되어 림드강보다 재료의 균질성이 우수하다.

열간압연 공정에서는 제어압연과 가속냉각을 함께 쓴다. TMC는 열간압연 중 제어압연과 가속냉각을 하는 TMCP 공정을 뜻한다. TMCP강은 제어압연과 가속냉각으로 용접성과 인성을 높인 두꺼운 판재용 고강도 강재이다.

철근은 원형 모양으로도 쓰인다. 원형철근은 나선철근이나 강선으로 사용할 수 있다. 철근은 부식 방지를 위해 아연도금 또는 에폭시수지 도막을 할 수 있다. 철재(철강)는 강도가 높아 구조재료에 속한다.

항복강도와 인장강도

항복강도는 재료가 뚜렷하게 소성 변형을 시작하는 응력이다. 인장강도는 시험편이 받을 수 있는 최대 응력으로 정의된다. 인장강도는 인장시험에서 시험편이 받을 수 있는 최대 응력이다. SS275의 275는 인장강도가 아니라 항복강도(MPa)를 나타낸다. 두 강도는 다른 기준