챕터 2. 철강재료

챕터 2. 철강재료

1. 철강재료는 다른 금속재료에 비하여 강도, 경도, 연성 등의 기계적 성질이 우수하며, 열처리에 의해서 이러한 성질들을 개선할 수도 있고, 또한 가격도 저렴해서 기계재료로서 많이 사용 된다.

철강재료는 일반적으로 순철, 강, 주철의 세종류로 구분한다.

 

2. 철강재료는 순철, 강, 주철로 구분된다 ( 탄소함유량으로 구분)

 - 순철 : 0.02%C 이하

 - 강 - 아공석강 : 0.02~0.77%C, 페라이트+펄라이트

       - 공석강 : 0.77%C, 펄라이트

       - 과공석강 : 0.77~2.11%C, 펄라이트+시멘타이트

 - 주철 - 아공정주철 : 2.11~4.3%C, 오스테나이트+레데뷰라이트

          - 공정주철 : 4.3%C, 레데뷰라이트

          - 과공정주철 : 4.3~6.68%C, 레데뷰라이트+시멘타이트

 

3. 철은 제조 방법으로 구분 할 수 있다.

4. 철강의 제조법 (제선법, 제강법으로 구분)

 1)제선법 : 용광로에서 선철을 제조하는 방법

용광로 단면

용광로의 크기 : 24시간 동안에 생산된 선철의 무게를 톤으로 표시

*참고 : 큐폴라(=용선로) : 주철을 용해할 때 사용, 크기 : 1시간에 용해할 수 있는 쇳물의 무게

         도가니로 : 합금강을 용해할 때 사용, 크기 : 1회에 용해할 수 있는 구리의 중량을 번호로 표시

 

   - 선철 : 용광로의 상부에서 철광석, 코크스(원료에 열을 제공하는 역할), 석회석 등을 장입하면 철광석 중의 산화철은              환원되고 1600℃ 에서 용융된 철로 된다. 용융된 철은 코크스와 접촉하면서 선철로 산출된다.

   - 회선철 : 탄소가 흑연으로 존재하므로 파면이 회색이며 연하고 절삭이 용이하여 주조용.

   - 백선철 : 탄소가 탄화철으로 존재하므로 파면이 백색이며 경도가 크고 취성이 있으므로 기계부품에는 부적합하나                    제강용 및 특수주철에 쓰임.

 

 2)제강법 : 선철에 포함된 탄소,규소,인,황 등의 불순물을 제거하고 정련하여 강을 만든다.

   - 평로 제강법 : 바닥이 낮고 넓은 반사로인 평로를 이용하여 선철을 용해시키고, 여기에 고철, 철광석을 첨가하여

                      용강 을 만듬, 크기 : 1회에 용해할 수 있는 최대량을 톤으로 표시

   - 전로 제강법 : 용해된 선철을 기울일 수 있는 전로내에 주입하고 공기를 송풍시켜 탄소,규소 등을 산화 제거 시켜

                      강으로 만드는 방법, 크기 : 1회에 제강할 수 있는 무게를 톤으로 표시

   - 전기로 제강법 : 전열을 이용하여 고철, 선철 등의 원료를 용해하여 강 또는 합금강을 만드는 제강법

                        크기 : 1회에 용해할 수 있는 최대량을 톤으로 표시

 

5. 강괴

 - 림드강 : 평로나 전로에서 정련된 용강을 페로망간(망간철=Fe-Mn)으로 가볍게 탈산시켜 주형에 주입한 불완전탈산강

 - 킬드강 : 노 속이나 쇳물바가지에서 페로실리콘(Fe-Si) 또는 알루미늄의 강력한 탈산제를 첨가하여 충분히 탈산시킨

             완전 탈산강

 - 세미킬드강 : 킬드강은 강질이 좋으나 비싸서 탈산의 정도를 적당히 하여 강질을 킬드강과 림드강의 중간으로 한 것

 - 캡드강 : 림드강의 변형으로 페로망간을 첨가하여 가볍게 탈산한 용강을 주형에 주입한 다음, 다시 탈산제를 투입하거

              나 주형에 뚜껑을 덮고 비등 교반운동을 조기에 강제적으로 끝마치게 하여 조용히 응고 시킨 강

 

6. 순철 : 다소의 불순물이 함유 되어있음

 - 순철의 변태 

동소체	온도	원자배열
α철	912℃ 이하	BCC
γ철	912~1400℃	FCC
δ철	1400℃	BCC

 - 자기변태 : A2변태점(768℃), 퀴리점

 - 동소변태 : A3변태점(912℃), A4변태점(1400℃)

                A3변태점을 상승시키고 A4변태점을 강하시키는 원소는 Cr,Mo,W,V 이다.

 

 - 순철의 성질 

   유동성 및 열처리성이 떨어진다.

   항복점, 인장강도가 낮다.

   단면수축률, 충격값, 인성이 크다.

   비중은 7.87, 용융점은 1538℃이며, 탄소함유량은 0.02%C이하이다.

    α고용체라고 하는 페라이트 조직이다.

 

7. 탄소강

 1) 변태점

   -A0 : 210℃, 시멘타이트의 자기변태점

   -A1 : 723℃, 강에만 존재, 순철에는 없음

   -A2 : 순철(768℃),강(770℃), 자기변태점 또는 퀴리점

   -A3 : 912℃

   -A4 : 1400℃

  2) 합금이 되는 금속의 반응

 3) 탄소강의 주요 조직

  -오스테나이트

  -페라이트

  -펄라이트

  -레데뷰라이트

  -시멘타이트

 4) 온도에 따른 기계적 성질의 변화

  -청열취성 : 청색의 산화피막을 발생, 200~300℃에서 인성 저하

  -적열취성 : 황을 많이 함유한 탄소강에서 나타남, 950℃에서 인성 저하

  -상온취성 : 인을 많이 함유한 탄소강에서 나타남

  -저온취성 : -70℃ 부근에서 충격치가 0에 가깝게 됨

 5) 탄소강의 5원소

  -탄소,규소,망간,인,황