강(Steel)의 함유 화학성분과 기계적성질 등에 대해 일정한 표준을 설정한 것이다. 강종별로 최소 기준을 정하여 용도에 부합되도록 회사별, 단체별, 국가별로 별도의 요구특성을 정하기도 한다.
2.국내외 규격 비교 (구조용 압연강재)
우리나라의 KS 규격과 일본의 JIS 규격은 동일하므로 강종별, 강도별 대응 비교를 할 수 있으나 미국의 ASTM 또는 독일의 DIN 규격을 KS규격과 일대일 대응 비교할 수 없으므로 특정등급의 유사 강종을 선정하여 강재의 특성을 비교 하면 다음 표와 같다.
KS
JIS
ASTM
DIN
KS D3503
JIS G3101
A283
DIN17100
SS330, SS400
SS330, SS400
Gr A,B,C,D
U, RST34-1,2
SS490
SS490
A36
ST37-1,2,3
A284 Gr A,B,C,D
U, RST42-1
KS D3515
JIS G3106
A527 Gr 42,50,60,65
RST42-2,3
SM400A, B, C
SM400A, B, C
A633 Gr A,B,C,D,E
RST46-2,3
SM490A, B, C
SM490A, B, C
A678 Gr B,C
ST50-1,2
SM490YA, YB
SM490YA, YB
A656, A514B,F
ST52-3
SM520B, C
SM520B, C
A573 Gr58,65,70
ST60-1,2
SM570
SM570
ST70-2
■ 일반 구조용 압연강재 (KS D3503)
기계적성질에 중점을 두고 제조한 반면 용접성은 특별히 고려치 않은 강재 화학성분
화학성분 (일반구조용 압연강재)
구 분
화학성분
C
Si
Mn
P
S
Cu
Cr
Ni
SS300
-
-
-
≤0.05
≤0.05
-
-
-
SS400
-
-
-
≤0.05
≤0.05
-
-
-
SS490
-
-
-
≤0.05
≤0.05
-
-
-
SS540
≤0.30
-
≤1.60
≤0.04
≤0.04
-
-
-
기계적 성질(일반구조용 압연강재)
강종
인 장 시 험
항복점(N/㎟)
인장강도 (N/㎟)
최소연신율
강재의 두께(mm)
좌동
강재의
두께(mm)
값 (%)
시험편
16이하
16초과
40이하
40초과
100이하
SS330
≥205
≥195
≥175
330~430
t≤5
26
5호
5
21
1A호
16
26
1A호
40ct
28
4호
SS400
≥245
≥235
≥215
400~510
t≤5
21
5호
5
17
1A호
16
21
1A호
40ct
23
4호
SS490
≥285
≥275
≥255
490~610
t≤5
19
5호
5
15
1A호
16
19
1A호
40ct
21
4호
SS540
≥400
≥390
-
≥540
t≤5
16
5호
5
13
1A호
16
17
1A호
■ 용접구조용 압연강재 (KS D 3515)
용접성을 고려하여 제조한 강재로 기계적성질에 따라 5종으로 대별.
화학적성분 및 샬피충격시험에 의해 흡수에너지를 규정하고 그 정도에 따라 A,B,C종으로 구분되며 교량용 강재로 가장 많이 사용됨.
화학성분 (용접구조용 압연강재)
구 분
두께
범위
화학성분
C
Si
Mn
P
S
SM400A
t≤50
0.23이하
-
2.5×C 이상
0.035이하
0.035이하
50
0.25이하
-
2.5×C 이상
0.035이하
0.035이하
SM400B
t≤50
0.20이하
0.35이하
0.6~1.4
0.035이하
0.035이하
50
0.22이하
0.35이하
0.6~1.4
0.035이하
0.035이하
SM400C
t≤100
0.18이하
0.35이하
1.40이하
0.035이하
0.035이하
SM490A
t≤50
0.20이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
50
0.22이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
SM490B
t≤50
0.18이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
50
0.20이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
SM490C
t≤100
0.18이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
SM490YA
t≤100
0.20이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
SM490YB
t≤100
0.20이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
SM520B
t≤100
0.20이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
SM490C
t≤100
0.20이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
SM570
t≤100
0.18이하
0.55이하
1.60이하
0.035이하
0.035이하
기계적 성질(용접구조용 압연강재)
강종
항복점 또는 내력 (N/㎟)
인장강도
(N/㎟)
연신율
강재의 두께(mm)
좌동
강재의두께(mm)
값 (%)
시험편
16
이하
16
초과40
이하
40
초과75
이하
75
초과100이하
100초과160이하
160초과200이하
100이하
100
초과200
이하
SM400A
≥245
≥235
≥215
≥215
≥205
≥195
400~510
400~510
t≤5
≥23
5호
SM400B
5
≥18
1A호
16
≥22
1A호
SM400C
* 40>
≥24
4호
SM490A
≥325
≥315
≥295
≥295
≥285
≥275
490~610
490~610
t≤5
≥19
5호
SM490B
5
≥15
1A호
16
≥19
1A호
SM490C
* 40>
≥21
4호
SM490YA
≥365
≥355
≥335
≥325
-
-
490~610
-
t≤5
≥19
5호
SM490YB
5
≥15
1A호
16
≥19
1A호
* 40>
≥21
4호
SM520B
≥365
≥355
≥335
≥325
-
-
520~640
-
t≤5
≥19
5호
SM520C
5
≥15
1A호
16
≥19
1A호
* 40>
≥21
4호
SM570
≥460
≥450
≥430
≥420
-
-
570~720
-
t≤5
≥19
5호
5
≥26
5호
16
≥20
4호
샤르피 흡수에너지
종류
시험온도(℃)
샤르피 흡수에너지(J)
시험편
B재
0
27
4호 압연방향
C재
0
27
SM570
-5
47
■ 용접구조용 내후성 열간압연강재 (KS D3529)
일반강에 Cu,Cr,P,Ni 등의 내식성이 우수한 원소를 소량 첨가한 저합금강으로 일반강에 비해서 4~8배의 내식성을 갖는 강재이다. 내후성강이 대기에 노출되면 초기에는 일반강과 같이 녹이 발생하지만 시간의 경과에 따라 그 녹의 일부가 서서히 모재에 밀착하여 녹층을 형성하고 이 녹층이 외부 대기에 대한 보호막이 되어 도장과 같은 역할을 하게 된다.
화학성분
구분
화학성분
C
Si
Mn
P
S
Cu
Cr
Ni
SMA41 A, B, C
W
0.18이하
0.15~0.65
1.25이하
0.35이하
0.35이하
0.30~0.50
0.45~0.75
0.05~0.30
P
0.18이하
0.55이하
0.25이하
0.35이하
0.35이하
0.20~0.35
0.30~0.55
-
SMA50 A, B, C
W
0.18이하
0.15~0.65
0.40이하
0.35이하
0.35이하
0.30~0.50
0.45~0.75
0.05~0.30
P
0.18이하
0.55이하
0.40이하
0.35이하
0.35이하
0.20~0.35
0.30~0.55
-
SMA58
W
0.18이하
0.15~0.65
0.40이하
0.35이하
0.35이하
0.30~0.50
0.45~0.75
0.05~0.30
P
0.18이하
0.55이하
0.40이하
0.35이하
0.35이하
0.20~0.35
0.30~0.55
-
각 종류 모두 내후성에 유효한 원소인 Mo, Nb, Ti, V, Zr 등을 첨가하여도 좋다. 다만, 이들 원소의
총계는 0.15%를 넘지 않는 것으로 한다.
기계적 성질
구 분
인장시험
충격 시험
항복점 kg.f/㎟ [N/㎟ ]
인장
강도 Kgf/㎟ (N/㎟)
연신율
기호
시험온도
Charpy 흡수 에너지 Kgf.m(J)
강재의 두께(㎜)
강재의 두께(㎜)
값(%)
시험편
16
이하
16
초과 40
이하
40
초과
SMA41 A, B, C
W
≥25 (≥245)
≥24 (≥235)
≥22 (≥216)
41~55 (402~539)
16이하 16초과 40초과
≥17 ≥ 21 ≥23
A B C
0 0
- 2.8(27)이상 4.8(47)이상
P
SMA50 A, B, C
W
≥37 (≥363)
≥36 (≥353)
≥34 (≥333)
50~62 (490~608)
16이하 16초과 40초과
≥15 ≥ 19 ≥21
A B C
0 0
- 2.8(27)이상 4.8(47)이상
P
SMA58
W
≥47 (≥461)
≥46 (≥451)
≥44 (≥431)
58~73 (569~716)
16이하 16초과 40초과
≥19 ≥ 26 ≥20
-
-5
4.8(47)이상
3. 각국의 유사 교량용 강재 성질 비교
강종
항복강도(N/㎟)
인장강도(N/㎟)
C
Si
Mn
P
S
KS D351JIS G3106 SM490Y
Min.355
490~610
0.20 이하
1.6이하
0.55이하
0.035이하
0.035이하
ASTM A633 Gr C
Min.345
480~620
0.2 이하
1.15~1.5
0.15~0.5
0.035이하
0.04이하
DIN 17100 St 52-3
Min.345
490~630
0.22 이하
0.55이하
1.6이하
0.04이하
0.04 이하
4. 기준 적용 의미 (도로교/철도교 설계기준 상의 강재선정)
국가의 설계.시공 기술수준, 재료의 성능수준과 기후 및 지질조건 등을 반영하여 그 나라에 적합한 통일된 기준적용 및 경제적 설계지향 및 구조물의 안전성과 품질향상 도모
5. 두께에 따른 강재종류 선정기준 의미 (도로교/철도교 설계기준 상의 강재선정)
강재 제조기술, 강교제작 기술, 용접수준 향상 등을 종합,고려하여 판두께 적용범위의 한계를 정하여 안전한 구조물 설계유도
1) 각국의 최대 사용판두께 규정
일본 : 시방서 사용판두께를 최대 100mm까지 사용토록 확대 ('96년)
한국 : 도로교 및 철도교 설계기준에 100mm까지 " ('99년).
미국, 유럽 등 : 오래 전부터 100mm까지 사용
2) 기후조건과 샬피흡수에너지 등을 고려하여 판두께 적용범위의 한계설정
일본의 경우 시방서에 한냉지 강재선정 기준에 대해 특별히 규정한 바 없으며 단지 지역기관별로 극한냉지의 선정기준을 별도로 정하여 사용 [일본국유철도 "건조물설계표준 해설(1983)"]
극한냉지역이 아닌 일반지역에서는 JIS 규정에서의 샬피흡수에너지와 시방서에서 정한 사용판 두께 기준에 의거 적용.
국내의 경우에는 극한저온에 대한 우려가 없으므로 일본의 일반지역에서의 적용기준과 동일하게 kS규정에서 정한 샬피 흡수에너지와 시방서의 사용 판두께에 따라 강재종류 선정기준을 적용교량용 강재 선정 두께 범위 (도로교/철도교 설계기준)
관두께
6
8
16
25
32
40
50
100
(mm)
SS400
SM400A
SM400B
SM400C
SM490A
SM490B
SM490C
SM490-TMC
SM490YA
SM490YB
SM520B
SM520C
SM520C-TMC
SM570
SM570-TMC
SMA400A
SMA400B
SMA400C
SMA490A
SMA490B
SMA490C
SMA570
한냉지의 강재 선정기준
우리나라와 일본의 도로교표준시방서 "강재선정" 항목에는 『기온이 현저하게 저하되는 지방에서는 강종선정에 특별한 주의를 기울여야 한다』고 되어있다. 이는 저온취성에 주의하여 강종을 선정해야 한다는 의미이며 이 경우 인장력을 받는 중요한 용접구조 부재에 사용하는 강재는 그 지방에 있어서 최저 기온을 고려하여 적당한 인성을 확보하는 것이 요망된다. 한냉지 강재선정의 중요한 요소는 저온인성을 나타내는 Charpy 흡수에너지로 A, B, C 등급으로 분류된다.
A재의 경우 Charpy 흡수에너지에 대한 규정과 저온취성에 대한 보증이 없음
B재는 0℃에서 2.8Kgf.m (27 Joule) 이상
C재는 0℃에서 4.8Kgf.m (47Joule) 이상
SM570재의 경우는 -5℃에서 4.8Kgf.m (47Joule) 이상으로 규정되어 있어 한냉지일수록 C종을 사용하는 것이 저온에 대한 인성확보에 바람직할 것으로 판단된다. 도로교 설계기준에는 구체적으로 한냉지에 대한 기준이나 그에 적절한 강종에 대한 기준이 없으며 일본의 경우 일본국유철도의 "건조물설계표준 해설(1983)"에 다음과 같이 규정하여 적용 하고 있다.
※일본국유철도 "건조물설계표준 해설(1983)"
북해도를 지나는 교량의 용접구조용 강재
부 재
설계표준으로 규정한 재질
북해도를 지나도록 설계한 교량의 재질
Charpy 충격치
압축부재, 플래이트 거더의 압축
플랜지 및 복부판
SM400A, SM400B SM490B, SM490YB
SM400B, SM400C SM490C, SM520C
JIS G3106 "용접구조용 압연강재"에 규정된 값
SM400C, SM490C SM520C, SM570
좌동
인장부재,
플래이트 거더의 인장
플랜지
SM400A, SM400B SM490B, SM490YB
SM400B특, SM400C특 SM490B특, SM490YB특
JIS Z2242 (금속재료 충격시험방법) : Charpy 흡수에너지는 - 40˚C에서 2.8Kg.m 이상
SM400C, SM490C SM520C, SM570
SM400C특, SM490C특 SM520C특, SM570특
JIS Z2242 (금속재료 충격시험방법) : Charpy 흡수에너지는 - 40˚C에서 4.8Kg.m 이상
주) SMA 재의 경우 SM 재에 대응하는 것으로 한다.
북해도를 지나는 교량의 강재는 설계표준으로 규정한 재질에 비해 1등급씩 상향하여 적용하도록 되어 있음을 알 수 있다. (ex. SM400A → SM400B)
한냉지에서는 주로 B재나 C재를 적용하는 것이 바람직하며,특히, 인장부재에 대해서는 그 적용이 더욱 엄격함을 알 수 있으며, Charpy 충격치는 그 지역의 최저온도를 감안하여 적정한 인성을 확보하는 것으로 규정 되었음을 알 수 있다.
6. 외국 강재규격 적용에 대하여
각국의 강재규격은 규격제정 기본개념 및 기후특성, 생활관념의 차이 등에 따라 정해지므로 나라별로 다소 상이하다. 지금까지 국내 Project를 외국사에서 설계를 할 경우 그 나라의 환경에 맞는 규격을 여과 없이 적용하여 충격 인성치 등 요구특성이 필요이상으로 엄격하게 강화되는 사례도 있다.
각국의 강재관련 규격은 다소 상이하나 각 나라별 규격의 강재는 그 나라에서만 생산가능 한 것이 아니며 어느 철강 Maker에서든 그 규격을 만족하는 화학적성분이나 기계적성질을 가진 강재를 생산할 수 있는 것이다. POSCO도 KS규격 뿐만 아니라 JIS, ASTM, DIN, BS규격의 강재를 생산공급 가능하며 외국 Project용 강재를 그 나라의 규격으로 생산공급하고 있다.
각국의 시방서나 설계기준은 그 나라의 기술수준 등의 제반여건을 고려하여 제정한 것으로 특별한 사유가 없는 한 지켜지는 것이 공사품질,구조물의 수명, 안전성 등에서 유리할 것이다.
외국사에 의뢰하여 설계를 시행할 경우에는 우리나라의 기후,풍속등 자연조건과 그 지역의 토질조건,주요 국산자재의 사양, 설계 기준류를 사전 제시하여 이에 의한 설계가 이루어 지도록 함이 타당할 것이다
강재는 설계시에 항복강도,인장강도, 연신율, 흡수에너지 등의 기계적 성질만을 사용하게 되므로 외국 강재규격으로 설계되었다고 하더라도 유사한 기계적 성질을 지닌 국내 KS규격 강재로 변경하는 것은 어려운 일이 아닌 것으로 판단된다.
외국 강재규격으로 설계를 하여 변경이 불가한 경우에도 설계자가 요구하는 강재의 기계적 성질을 만족하는 국내규격 강재로 대체하는 것은 발주자의 선택에 달려 있다고 판단된다.
참고적으로 외국 규격을 적용함으로써 필요이상으로 엄격하게 강화된 화학성분 및 기계적성질의 요구조건이 설계에 반영되어 국내 규격으로 대체할 경우 강재생산공정의 추가로 인한 비용상승 등 전체 Project 수행에 마이너스 요인이 될 수도 있을 것이다
