탄소강에 대하여(On Carbon Steel)

목차

1. 철과 강
1.1 철과 강의 분류
1.2 철과 강의 제조

2. 탄소강의 평형상태도
2.1 Fe-C 평형상태도
2.2 Fe-Fe3C 상태도에 나타나는 상
2.3 불변반응

3. 탄소강의 변태
3.1 탄소강의 서냉시 조직변화
3.2 항온변태
3.3 연속냉각변태

4. 탄소강의 성질
4.1 물리적 성질과 화학적 성질
4.2 기계적 성질
4.3 온도에 따른 기계적 성질
4.4 불순물 원소와 강의 기계적 성질

5. 탄소강의 열처리
5.1 담금질(Quenching)
5.2 뜨임(Tempering)
5.3 풀림(Annealing)
5.4 불림(Nomalizing)
5.5 강의 표면강화(Case Hardennig)

6. 탄소강의 소성가공
6.1 예비압연
6.2 열간가공 (Pickling)
6.4 냉간가공

7. 탄소강의 종류와 용도
7.1 C 0.10～0.25% 인 저탄소강
7.2 C 0.25～0.55% 인 중탄소강
7.3 C 0.55～1.00% 인 고탄소강
7.4 그 외 여러 가지 용도로 쓰이는 탄소강들

본문내용

및 가스관, 보일러관, 굴착용 유정관, 지하 매설용 전선 보호관, 가스 송수관, 하수도관, 항공기, 선박용관 등에 쓰인다.
7.2 C 0.25∼0.55% 인 中탄소강
중탄소강인 보통탄소강은 탄소함량이 많기 때문에 일반적으로 퀘칭 및 템퍼링에 의해서 경화시킨다. 이 강은 보통 킬드강으로 생산된다. 퀘칭제와 온도를 적당히 선택하여 넓은 범위의 기계적 성질을 얻을 수 있다. 단면치수가 비교적 작거나 또는 열처리 후의 요구되는 성질이 그다지 높지 않은 때는 기름 퀘칭이 균열 문제를 없애고 뒤틀림 현상을 감소시킬 수 있어 물퀘칭 대신 기름퀘칭을 이용한다. 탄소함유량이 0.25∼0.55%정도인 중단소강은 저탄소강 보다 강도와 경도가 커서, 볼트 등의 기계 부품, 구조용 재료 등에 쓰인다. 또한 중탄소강은 반연강과 반경강으로 분류할 수 있다.
(1) 반연강(C=0.20∼0.30%)
반연강과 연강은 보통 강재로서, 건축, 조선, 교량, 기계 부품에 사용된다.
(2) 반경강(C=0.30∼0.40%)
반경강은 평로 및 전기로에서 만들며, 상당히 경도가 높다. 고온, 상온 등에서 다소 가공하기가 어렵다. 따라서, 경도를 필요로 하는 내마멸부에 사용된다. 즉, 축, 스프링, 강력볼트, 너트 등에 사용된다. 압연품은 고온에서 압연한 것을 공기 중에서 냉각하여 사용하고, 단조한 주요부분은 800∼830 에서 기름 중에 담금질한 후 450∼600 에서 뜨임을 하여 소르바이트 조직으로 하여 사용한다.
7.3 C 0.55∼1.00% 高탄소강
이 부류의 강은 생산비가 비싸고 성형성과 용접서이 나쁘므로 그 용도는 중탄소강보다 훨씬 제한되어 있다. 이 강은 최대 퀘칭 경도를 얻기에 필요한 탄소함량 보다도 많은 탄소를 함유하며, 따라서 중탄소강보다 연성이 낮다. 이 강의 최대 인장강도는 63~151 ㎏/㎟ 범위이고 연신율은 9~25% 범위이다. 대부분의 경우 고탄소강은 기름퀘칭 및 템퍼링함으로써 열처리를 하며 단면이 두껍거나 cutting edge등이 필요 할때만 물퀘칭 한다. 강도가 크고 단단하여, 칼, 끌, 대팻날 등의 공구, 레일 등에 쓰인다. 그리고, 고탄소강은 경강과 최경강으로 나눌 수 있다.
(1) 경강(C=0.40∼0.50%)
① 구조용 경강 : 평로나 전기로에서 제조한다. 구조용 경강은 탄소 함유량이 많으며, 강도와 내마멸성을 동시에 요하는 부분에 사용된다. 즉, 차축, 각종 롤러, 내연 기관의 크랭크축, 철도용 바퀴, 스프링 등의 재료로 사용된다.
② 레일 및 철도 외륜의 경강 : 레일과 외륜은 평로, 전로강 중에서 포함한 것이다 (C=0.35∼0.6%). 레일과 외륜은 달리는 중에 하중을 받으므로 경도와 인성이 있고, 마멸이 작은 것이 필요하다.
(2) 최경강 (C=0.5∼0.70%)
최경강(superhard steel)은 구조용 기계 부품으로 담금질 및 뜨임 등 열처리를 하여 요구하는 조직으로 만들어 강력하게 하고, 내마멸성이 요구되는 부분에 사용한다. 즉, 키, 와셔, 축, 클러치, 스프링 등에 사용된다.
7.4 그 외 여러 가지 용도로 쓰이는 탄소강들
(1) 탄소 공구강(C=0.70∼1.50%)
최근에 우수한 특수강이 많이 사용하게 되었으나, 값이 싸고 성형이 쉬 우며, 또 열처리가 간단하여 일반용 공구에는 탄소 공구강(carbon tool steel)이 광범위하게 사용되고 있다. 즉, 목공용공구, 금속 절삭용 바이트, 드릴(drill), 커터(cutter), 광산용 공구, 석공용 공구, 단조용 게이지 등의 재료로 사용된다. 탄소공구강의 가공 온도는 탄소 함유량에 따라 다르며, 1050∼950 에서 시작하여 800∼750 에 끝마친다. 단조 가공품은 응력을 없애기 위하여, 또 시멘타이트를 구상화하고 미세화하기 위하여 680∼730 에서 3∼10시간 동안 구상화 풀림을 한다. 또, 용도에 따라 적당하게 뜨임을 한다. 일반적으로 경도가 요구되며, 충격을 받는 일이 적은 칼날이나 바이트 등에는 인성이 조금 작아도 경도가 있는 것을 요구하므로 탄소가 많은 공구강이 쓰인다.
(2) 경강선과 피아노선
경강선(hard steel wire)은 주로 와이어 로프(wire rope)의 재료로 쓰인다. 탄소의 함유량은 목적에 따라 다르나, 연강선은 0.06∼0.25% C, 인장 강도는 30kg/mm2로 전선, 철사, 못 등에 사용된다. 경강선은 0.25∼0.85% C, 인장 강도는 100∼150 kg/mm2로 광산용 윈치, 케이블, 엘리베이터, 기중기 등의 와이어 로프에 사용된다. 0.7∼l.l0% C인 것은 재봉틀 바늘 등에 쓰인다. 피아노선(piano wire)은 0.6∼0.7% C, 인장 강도 는 260kg/mm2이며, 뽑아 낼 때 열처리를 하여 인장 강도와 인성을 높게 한 것으로, 내연 기관의 밸브, 스프링 등에 쓰인다.
(3) 차판
강판(steel plate)은 보통 두께 6mm 이상을 후판, 1∼6mm를 중판, lmm 이하를 박판이라 한다. 열간 가공 후 교정 압연하여 다듬질한 것을 흑철판, 열간 압연 후 60% 내외로 냉간 압연하여 다듬질한 것을 마강관이라 한다. 강판에는 0.06∼0.10% C정도의 저탄소강을 쓴다.
(4) 스프링용 탄소강(스프링강)
중요한 스프링에는 합금강이 쓰이지만, 탄소강에는 0.35∼l.l% C의 범위의 것을 열처리하여 소르바이트 조직으로 사용한다.
[참고 문헌]
Ⅰ. 서적
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이교성, 『금속재료학』, 도서출판 동화기술, 1992
금속공학연구회, 『금속공학연습』, 도서출판 청암, 1989
한용회, 『금속재료』, 반도출판사, 1997
강기주, 『최신 기계재료』, 도서출판 포인트, 2000
오정남, 배차현 외 4명, 『최신 철강재료』, 원창출판사, 2002
Ⅱ. 웹사이트
http://www.metal.or.kr 메탈프라자
http://engine.gsnu.ac.kr 경상대학교 기계항공공학부
http://knut.kumoh.ac.kr/~html 금오공대 고온재료실험실
http://w3.kunsan.ac.kr/~material 군산대학교 재료공학과
http://www.edu-i.org 인천교수학습지원센터

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탄소강,   carbon,   평형상태도,   철강,   열처리,   금속재료,   소성가공,   carbon steel