구조용 강재의 종류 및 특징 (출처 : 철골구조 / 예문사)

구조용 강재의 종류 및 특징 (출처 : 철골구조 / 예문사)

 

1. 구조용 강재의 분류 및 특징 

건축구조에서 일반적으로 사용하는 구조용 강재의 표기법은 다음 그림과 같다.

구조용 강재는 용접성과 항복강도 그리고 열처리 등으로 구분하고 있다. 

 

예를 들어 SMA 355AW의 경우는 SMA는 용접구죠용 내후성 열간압연강재를 나타내고, 355는 항복강도 355N/m^2, A는 샤르피 흡수에너지에 대해서 규정을 두지 않고 W는 녹안정화 처리를 한 강재를 나타낸다. 

그리고, 열처리 및 라멜라 테어링에 대해서는 별도의 표기를 하지 않고 있으므로 이러한 특성에 대한 보증은 특별히 고려하지 않았음을 의미한다.

강재의 표기법

 

주요구조용 강재의 특징은 다음과 같다.

1) 일반구조용 압연강재 (SS강재)

SS400등급은 그동안 가장 일반적으로 널리 사용되어 왔다. 

그러나, 두께가 두꺼워지는 경우(약 25mm) 용접성에 문제가 발생되는 것으로 보고되어 왔으며 고강도강재의 필요성이 요구되는 근래에 와서는 점점 사용이 줄어들고 있다.

특히, SS315강재의 경우 용접성이 문제가 많아 현 기준에서도 용접되지 않은 곳에 사용되는 강재로 분류되어 있기 때문에 사용에 유의하여야 한다.


2) 용접구조용 압연강재 (SM강재)

SS강재의 용접성을 개선시키기 위해 원소함유량을 조절하여 탄소당량을 낮게 만든 강재이다.

최근 SM355강재의 사용이 점차 늘고 있는 추세이다. SM강재의 뒤에 붇은 A, B, C는 샤르피 충격에너지 등급을 나타내며,

 반복하중을 받는 경우나 저온지역에 사용되는 강재이 경우 B 또는 C등급을 사용하는 것이 바람직하다.


3) 건축구조용 압연강재 (SN강재) 및 건축구조용 열간압연강재 (SHN강재)


(1) SN강재 및 SHN강재는 일반 강재와는 다르게 건축구조에서만 사용하는 건축전용강재이다.

    대규모 지진 등의 자연재해가 발생되어 대형건축물이 붕괴하는 경우 많은 인명의 손실이 발생되기 때문에 보다 품질관리가 엄격한 강재의 필요성이 대두되어 개발된 강재이다.

    주요 특징은 항복비를 제한하여 내진성능을 향상시켰으며, 용접성능을 강화시킨 강재이다.

(2) 건축구조용 압연강재가 개발된 이유는 일반기계, 선박등과 같은 설계에서는 탄성설계를 기본으로 하고 있으나, 건축물의 내진설계에서는 소성변형을 허용하는 설계를 할 수 있기 때문이다.

    소성변형을 허용하는 경우 탄성설계에서는 고려하지 않아도 되는 변형능력이 필요하다. 

 

다만, 건축구조용 압연강재(SN강) 뒤에 붙는 A, B, C는 샤르피 흡수에너지 등급으로 분류된 것이 아니며, 사용부위에  의한 요구성능의 차이를 나타낸다.

    예를 들어, 용접이 없고 소성변형능력도 요구하지 않는 보조부재에는 A종을, 주요구조부재 혹은 용접을 필요로 하는 부재에는 B종을, 다이어프램 등과 같이 판두께 방향의 특성도 요구되는 부재에는 C종을 사용하는 것이 바람직하다.

  
 (3) SN강재의 경우, 포항제철에서 생산되는 판재의 강재이며, SHN강재의 경우 현대제철에서 생산되는 압연형강이다.


4) TMC : 후판재의 성능개선을 위해 열가공 제어처리 (열제어 가공)

  (1) 두께가 40mm를 초과하는 강재는 두께 40mm 이하의 강재에 비해 강재표면과 내부의 냉각 속도 차이가 크기 때문에 냉각과정에서 발생하는 잔류응력의 영향을 고려하여 항복강도를 낮게 설정하고 있다.

  (2) 그러나, TMC강재의 경우는 열가공제어에 의해 생산하기 때문에 일반적으로 공랭 혹은 급랭을 하는 강재에 비해 40mm 이상에서도 항복강도가 거의 저하 되지 않으므로 두께 40mm이하인 경우가 같은 항복강도를 사용할 수 있다.

     - 고강도를 유지하면서도 탄소당량이 낮아 용접성이 좋다.

     - 항복비가 낮아 내진성능이 좋다, (항복비 0.8 이하)

     - 강판의 두깨가 40mm를 초과하는 경우에도 항복강도의 감소가 없다.

     - 후판재의 용접성이 개선시킬 수 있다.



5)  내후성강 (부식방지용 강재) 

  (1) 강재를 비바람에 맞히면 수분, 염분, 아황산가스(이산화황) 등의 작용으로 부식하여 붉은 녹이 슬기 쉽다. 

 

그러나, 소량의 구리, 인, 크롬 등을 강철에 첨가하면 이 원소들이 녹층의 안쪽에 농축하여 밀착성이 높은 녹이 슬어, 보호피막의 역할을 하므로 강철이 부식하기 어렵다.

  (2) 내후성 강은 부식에 효과가 있는 Cu, P, Cr 등을 첨가한 강재로서 내식성은 보통강재일 때 보다 4~6배 정도 높다. 

  (3) 내후성 강재는 교량, 수문, 탱크용기, 철탑, 건물의 외장재 등으로 사용되며, 건물외장재 사용시 표피에 발생되는 녹의 색을 그대로 외관에 이용한 것이다.

  (4) 내후성 강은 녹이 나지 않는 것이 아니라, 보통 붉은 녹 밑에 특유한 흑갈색 녹이 발생하여 밑바탕 강재와 밀착됨으로써 붉은 녹이 더 깊이 침투하지 못하게 한다.


6) 내화강

  (1) 배경

    - 1871년 시카고 대화쟁 의한 건축물 붕괴로 엄격한 내화규정이 만들어졌으며, 현재 일반적인 구조용 강의 경우 내회피복이 필요하다.

    - 화재 시 온도는 1000도 정도이며 3시간 내화성능을 위해 5cm 피복이 필요하다.

    - 피복감소, 공기단축, 공간이용도 극대화를 위해 내화성능이 뛰어난 강재가 필요하다.


   (2) 내화강의 특징

    - 일반 구조용 강과 상온에서의 용접성, 가공성 등은 동등

    - 항복비가 낮아 내진성이 우수

    - 크롬 및 몰디브덴 원소를 첨가하여 일반강에 비해 고온특성이 우수 600도씨에서 상온규격 강도의 2/3 이상 보증


   (3) 향후 전망

    - 내화강이 가격 경쟁력을 확보하는 경우, 피복의 경감 및 생략으로 공기단축 등이 가능하며, 건물의 유효공간 증대로 경제로 확보할 수 있을 것으로 사료된다.