1 철합금 개요
1) 합금
- 철은 다른 금속을 첨가함으로 물리적인 성질을 변화시킬 수 있다.
- 일부 금속은 철의 성질을 저해할 수 있어서 법적으로 함유량을 규제하기도 한다.
- 함유되는 합금속의 종류에 따라 그 쓰임도 달라지게 되며 재료의 가격도 달라지게 된다.
2) 철 합금 5대 원소
- 강에 주요하게 사용되는 5대 원소는 C, Si, P, S, Mn이 해당된다.
- 그외 성질 개선을 위해 Cu, Al, Cr, Ni, Mo, V등을 합금재료로 사용한다.
2 철합금의 5대 원소
1) 탄소 C
- 탄소량이 증가하면 항복점, 인장강도, 경도는 증가되지만 신율, 수축율, 연성은 감소한다.
- 구조용강재를 제조할때 C의 함량은 0.1~0.23 이내에서 사용한다.
2) 규소 Si
- 기계적 성질은 대체로 강하나 취약해진다.
- 규소가 다량 함유되면 용접성이 나빠진다.
- 일반적인 강에는 0.2% 이하로 관리된다.
* 킬드강 : 0.2~0.35% 함유
* 림드강 : 0.1% 함유
3) 인 P
- 편석을 일으키는 유해원소이며 Fe3P 생성한다.
- 소량은 강도와 경도를 증가시키며 절삭성을 향상시킨다.
- 충격에 취약해지므로(연신율 감소) 함량은 0.05%이하로 제한한다.
- 결정입자를 조대화시켜 강을 여리게 만드는데, 상온 또는 그 이하에선 극대화된다. 상온취성을 유발한다.
4) 황 S
- FeS 황화물을 생성한다.
- 철 내 0.05% 이하로 관리하며 고급강에서는 0.02% 이하로 관리한다.
- 절삭성 향상에 도움을 준다.
- FeS는 융점이 낮은(988℃)에 공정을 만들어 열간가공을 해친다. 이를 적열취성이라 부른다.
* Mn을 넣어서 MnS 공정을 생성하여 적열취성을 방지할 수 있다.
- 함유로 인하여 라멜라티어가 발생할 수 있다.
# 라멜라티어(Lamellar tear)
- 맞대기이음부 및 필릿다층용접 이음부와 같이 모재표면에 직각방향으로 강한 인장구속응력이 형성되는 이음부의 경우 용접열영향부(HAZ) 및 그 인접부에 모재표면과 평행하게 계단형상으로 발생하는 균열을 말한다.
- 이 균열은 저온균열의 일종으로 여러원인에 의해 발생하며 용접품질을 저해한다.(원인 : 강재의 두께방향 연성부족, 높은 구속도, 연신된 개재물의 높은 체적분율, 두께방향의 잔류응력을 증가시키는 디자인 또는 용접시공)
- 라멜라티어의 생성을 방지하기 위해서는 적절한 강재의 선정, 두께방향으로의 구속응력을 완화시킬수 있는 이음부설계, 용접봉건조, 적절한 입열 및 예열, 중간온도 후열처리(PWHT)등이 필요하다.
5) 망간 Mn
- 1% 첨가시 강도 및 인성을 증가시킨다.(펄라이트의 미세화로 페라이트 고용 강화 발생, 항복강도가 향상됨.)
- MnS를 생성하여(탈황) 적열취성을 예방할 수 있다.
- 탈산제로 사용된다.
- 다량함유시 내산성 내산화성을 저해시킨다.
- 담금질시 담금질깊이를 증가시키나 다량 함유시 담금질-균열-변형을 유발한다.
- 1.0~1.5 함유한 저망간강을 듀콜강(강인강)이라하고 1.5C-13Mn의 고망간을 함유한 강을 헤드필드강이라한다.
3 철합금물 기타
1) 구리 Cu
- 강도는 증가하나 연신이 감소한다.
- 1%이상 첨가시 염산 및 황산에 내산성이 향상된다.
- 극히 미량(0.2% 이상)으로도 고온에서 단련성(금속 재료를 단조할때 그 재료가 좋아지는 효과)을 저하시킨다.
2) 알루미늄 Al
- 강재에 미량첨가되면 강력하게 탈산하여 탈산제로 사용가능하다.(Al2O3 알루미나 생성)
- 고온산화방지 내황화성을 좋게한다.
3) 크롬 Cr
- 강철의 열처리성(경화능)이 증가한다.
- 내식성을 크게 향상시킨다.
* 함량에 따라 페라이트(16%이상), 마르텐사이트(12%미만), 오스테나이트(Ni추가) 스테인레스의 재료가 된다.
4) 니켈 Ni
- 인장강도와 경도를 높이며 연성, 내충격성도 향상시킨다.
- 저온 내충격성을 부여한다.
5) 몰디브덴강 Mo / 바나듐 V
- 강재의 열처리성과 고온 인장강도를 증가시킨다.