왕초보의 철과 강-20031111
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왕초보의 철과 강
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Ⅰ. 철강재료
1 철강재료의 분류 및 제조법 ■ 탄소함유량에 따른 철강재료의 분류
구분 C (%) 제조법 가공성 기계적 성질
순철 0 - 0.01 전기분해 연하고 우량 연성이 큼
강 0.01 - 1.7 제강로 소성, 절삭 가공 및 용접 가능
강도, 경도가 큼
주철 1.7 - 6.67 Cupola 절삭은 가능하나 용접성은 불량
취성이 큼
※ 실제로 C 1.2 - 2.5 %의 범위는 실용성이 없으므로 생산하지 않음
선철(Pig Iron)의 제조 광산에서 채굴한 철광석을 용광로에서 녹여 낸 상태를 선철이라고 함 생산된 선철의 10-15%는 용해로에서 용해하여 주철로 사용하고 85-90%는 제강로에서 강의 제조에 사용함
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Ⅰ. 철강재료
그림 용광로를 이용한 선철의 제조
강(Steel)의 제조 선철 중에는 탄소가 많이 함유되어 있으므로 강도가 떨어짐
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Ⅰ. 철강재료
따라서 기계재료로 사용하기 위해서는 선철 중의 탄소함유량을 줄여서 강으로 만들 필요가 있는데 보통 다음과 같은 방법이 사용됨 - 평로 제강법(Open Hearth Process) - 전로법(Converter Process) - 전기로 제강법(Electric Arc Furnace Process) - 유도로법(Induction Furnace Process)
LD 전로 Heroult식 전기로
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Ⅱ.순철
주철(Cast Iron)의 제조
용광로에서 생산된 선철을 용선로(Cupola)에서 크크스를 사용하여 용해한 것을 말함 인장강도는 작으나 압축강도가 크고 주조성이 좋으므로 비교적 많이 사용됨
고주파로 단면 2 순철 순철의 화학조성
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Ⅱ.순철
순철의 변태(Transformation) 순철은 1539℃에서 응고하여 실온까지 냉각하는 동안 A4, A3, A2 변태 발생
냉각 가열
온도(℃) 변태 상변화 온도(℃) 변태 상변화
1401 Ar4 δ→ γ 1410 Ac4 γ→ δ
898 Ar3 γ→ α 910 Ac3 α→ γ
768 Ar2 약자성 → 강자성 768 Ac2 강자성 → 강약성
※ δ-Fe : BCC, γ-Fe : FCC, α-Fe : BCC
순철의 물리적 성질
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Ⅲ.탄소강
순철의 기계적 성질
구분 탄성계수 (kg/mm2)
인장강도 (kg/mm2)
항복응력 (kg/mm2)
연신률 (%)
경도(HB)
값 2.1x104 25 - 26 12 - 14 80 - 85 60 - 65
3 탄소강 3.1 탄소강의 평형상태도
Cementite(Fe3C) 강(Steel) 속의 탄소는 Fe3C(Cementite)의 형태로 존재 탄소 6.67%를 함유한 백색침상의 화합물로서 매우 단단하며 상온 강자성체 Ferrite Ferrite : α-순철(BCC)에 탄소가 녹아 있는 α-고용체 α-고용체의 탄소용해도 : 723℃에서 0.035%, 상온에서 0.01% 탄소의 용해도가 너무 낮아 공업적으로는 거의 순철에 가까움 Austenite Austenite : 1.7%의 탄소를 포함한 γ-고용체(FCC) 탄소 1.7%는 주철과 강의 경계
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Ⅲ.탄소강
Ledeburite : C점에 상응하는 γ+ Fe3C의 공정(Eutectic)
Pearlite : S점에 상응하는 공석(Eutectoid) 조직 (α+ Fe3C) ※ 공석과 공정의 차이 : 공정과 공석은 응고를 시킬 때 서로 구별되는 조직을 가진다는면에서는 동일하나 공정은 액상에서 고상으로 변할 때 나타나고 공석은 고상에서 고상으로 변할 때 나타남 공석강(Eutectoid Steel) : 탄소 0.86%의 강 아공석강(Hypo Eutectoid Steel) : 탄소 0.86% 이하의 강 과공석강(Hyper Eutectoid Steel) : 탄소 0.86% 이상의 강
공석강의 현미경 조직
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Ⅲ.탄소강 ※ 탄소강의 평형상태도
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Ⅲ.탄소강
3.2 탄소강의 성질
탄소강의 기계적 성질 및 조직
조직성질 Ferrite Pearlite Cementite
인장강도 (kg/mm2)
35 90 3.5
연신률(%) 40 10 0
경도(HB) 80 200 800
결정구조 BCC(α고용체) α고용체 + Fe3C의 공석 금속간 화합물
(Fe3C)
탄소강의 조직 및 기계적 성질
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Ⅲ.탄소강
※ 탄소강의 고온 성질
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Ⅲ.탄소강
망간(Mn) 선철 중에 존재하거나 탈산제의 일부로 잔존한 것이 강에 잔류하여 (0.2 - 0.8%) Ferrite(α-고용체)에 고용되거나 MnS의 형태로 존재 인장강도↑, 연신율 불변, 고온 소성 및 주조성↑ 황(S)에 의한 취성 방지 , 공구강에서는 0.2 - 0.4% 이하로 유지 규소(Si) 선철 중에 존재하거나 탈산제의 일부로 잔존한 것이 강에 잔류하여 Ferrite(α-고용체)에 고용(0.3 - 0.5%) 인장강도↑, 탄성한계↑, 경도↑, 연신율↓, 충격강도↓, 결정 크기↑, 접합성↓ 인(P) Fe와 결함하여 Fe3P 화합물 생성하고 결정이 크고 거칠어짐 Fe3P의 형태로 입계에 편석(Segregation)하여 충격내성을 감소시킴 경도 및 인장강도↑, 연신율↓, 상온취성의 원인 , 공구강에서는 0.025% 이하로 유지 황(S) Mn과 결합하여 MnS을 생성하고 잔류량은 Fe와 결합하여 FeS 생성 FeS는 공정(Eutectic)을 만들어 입계에 망상으로 분포하여 인장강도, 연신율, 충격내성을 저하시킴 FeS는 용융점(1193℃)이 낮아 고온취성의 원인이 되므로 보통 0.03% 이하 유지 동(Cu) 극소량이 Fe에 고용되어 인장강도, 탄성한계, 내부식성 향상 고탄소강에서는 0.25% 정도면 양호
3.3 탄소강 중의 함유원소의 역할