특수강의 개요                        

  1. 철(Iron)과 강(Steel)의 개념

 철과 강은 일반적으로 Fe가 주성분이며 탄소(C)함량에 따라 구분된다. 즉, 탄소(C)함량이 2.0% 이상인 경우는 철(Iron)이라 하고, 2.0%이하인 경우는 강(STEEL)이라 칭한다. 공업용 철강재료는 대부분이 강(Steel)의 경우에 해당되며, 최종용도에 적합한 강도와 가공성 등 요구. 재질 특성을 확보하기 위해 Si, Mn등의 각종 성분을 첨가하게 되고, 이러한 재질특성에 따라 보통강과  강, 합금성분에따라 탄소강, 합금강등으로 분류되며, 형상에 따라 봉강, 강판, 강관 등으로 구분되기도 한다.

 2. 특수강의 정의

가.  학술적 정의

● 보통강 : 강의 5대원소(C,Si,Mn,P,S)로 구성되는 탄소강으로서 합금원소를 함유하지않은 강을  지칭한다.

● 특수강 : 강의 5대원소중 1개 원소의 함유량이 1%을 넘거나 탄소강에 Ni, Cr등의 합금원소를 첨가하여 특수성을 발휘할 수 있도록 한 강을 지칭한다.

나.  공업적(실용적)정의

● 보통강 : 건축, 다리, 선박 기타 대형구조물에 사용되는 일반구조용 압연강재로 강도유지 및 용접성의 목적으로 제조되는 강

● 특수강 : 보통강에 비해 엄격한 외부환경(하중 등)에 견딜 수 있는 고품질 탄소, 합금 구조용강,  공구강 및 특수용도강

    다. 특수강의 분류

        (1) 구조용강

(2) 공구강

정의 : 공구강은 금속재료나 비금속재료를 가공 또는 성형시키기 위한 공구를 제조하는데 사용되는강

 (3)특수용도강

3. 특수강 제품의 개요

      가. 선재(Wire Rod)

      나. 봉강(Round Bar)

      다. 반제품(Billet or Bloom)

      라. 기타제품(Wide Flat Bar)

 4. 봉강의 분류

      가. 봉강제품의 분류

2.특수강의 열처리                 

 가. 개     요

열처리란 필요한 성질을 부여하기 위한 고체에서의 가열과 냉각 조작을 뜻하며, 넓은 의미에서는 열간소성가공을 위한 가열도 포함되겠으나, 일반적으로는 조질(調質)을 목적으로 한 가열냉각을 말한다.   열처리는 물리적 혹은 기계적 처리와 조합시키기도 한다.

연강, 탄소강 및 저합금강의 일부는 열처리 없이도 사용되는 일이 있으나 고합금강 및 공구강은 예외없이 열처리하여 사용한다.  여기에서는 특수강제품을 제조시에 실시하는 열처리 종류와 그 목적 및 작업방법을 설명한다. 

 나. 열처리 종류 및 목적

   1) 소둔(ANNEALING, 풀림)

  일반적으로 강괴내의 성분은 불균일하며, 따라서 부분적으로는 편석이 존재하고 있고 또한 많은 가스를 함유하고 결정립이 조대하다.  또한 고온단조후의 가열 또는 단순한 가열에 의해서도 결정립이 조대화된다.  또한 약 500℃이하에서 가공을 받으면 내부에 응력이 잔류하여 경화된다.  소둔은 이 성분의 편석을 균일화하고 결정조직을 조정하며 가스(주로 수소)를 제거하고 또한 내부응력을 제거하는 목적으로 가열하여 서냉하는 조작을 말한다.  이 목적에 따라서는 여러 가지 방법이 있으나, 이들 가운데 중요한 것은 다음과 같다.

             가) 완전소둔(Full Annealing)

             나) 확산소둔(Homogenizing, Diffusion Annealing)

            다) 구상화소둔(Spherodizing Annealing)

             라) 중간소둔(Process Annealing)

             마) 응력제거소둔(Stress Relife Annealing)

    2) 소준(NORMALIZING, 불림)

강을 AC₃또는 ACm점 이상 40~60℃까지 가열하여 균일한 오스테나이트상으로 한 후에 공냉하는 업을 말한다.  소준의 목적은 조대조직의 미세화, 가공 또는 응고속도의 불균일에 따른 조직의 불균질성및 내부응력의 감소, 구상화소둔의 전처리, 망상 Fe₃ C의 미세화 및 저탄소강의 피삭성의 개선 등이다. 소준조직은 소둔조직보다 균질 미세하기 때문에 강인성이 소둔강보다 우수하다. 또 소준처리하면 미세 펄라이트 또는 탄화물의 균일분포가 얻어지므로 소입성이 향상된다. 또한 대형단조품등에서 나타나기 쉬운 조대결정립조직도 소준처리를 함으로써 미세 펄라이트와 페라이트의 혼합조직이 되어 기계적 성질이 개선된다.

    3) 소입(QUENCHING, 담금질)

강을 임계온도 이상에서 물이나 기름같은 소입욕 중에 넣어 급냉하는 작업을 소입이라고 한다.  소입의 주목적은 경화에 있으며 가열온도는 아공석강에서는 AC₃점과 공석강에서는 AC₁점 이상 30~50℃로 균일 가열한 후 소입한다.  소입에서 얻어지는 최고경도는 탄소강, 합금강에 관계없이 탄소량만에 의하여 결정되며 약 0.6%C 까지는 C%에 비례하여 증가하나 그 이상이 되면 거의 일정치가 되고 특히 합금 원소에는 영향을 받지 않는다.

강을 소입할 때 같은 성분, 같은 크기의 강이라도 냉각제의 종류와 교반 상태에 따라서도 냉각효과는 달라진다.  공업용 냉각제로는 물, 각종기름, 염류의 수용액이 많이 사용된다.

소입 열처리시 강은 높은 경도를 얻을 수 있는 데 이것은 변태점 이상으로 가열하면 강은

오스테나이트 조직이 되고 급냉하면 마르텐사이트라는 조직으로 상변태가 일어나기 때문이다. 강을 소입했을 때 그 경화의 난이도 즉, 깊이와 경도의 분포를 지배하는 성질을 소입성 또는 경화능(HARDENABILITY)이라 한다.

    4) 소려(TEMPERING, 뜨임)

소입한 상태의 강은 매우 경도가 높으나 취약해서 실용할 수 없으므로 변태적이하의 적당한

온도로 재가열하여 사용한다. 이 작업을 소려(TEMPERING, 뜨임)라 하다.  소려의 목적은 다음과 같다. 

          ㉮ 조직 및 기계적성질을 안정화한다.

          ㉯ 경도는 조금 낮아지나 인성이 높아진다.

          ㉰ 잔류응력을 경감 또는 제거하고 탄성한, 항복강도를 향상시킨다.

일반적으로 경도와 내마모성을 요할 때는 고탄소강을 써서 저온에서 소려하고, 경도를 조금

희생하더라도인성을 요할 때에는 저탄소강을 써서 고온에서 소려한다. 소려는 무확산변태로 생성된 마르텐사이트(MARTENSITE)의 분해 석출과정이다.  즉, 소려에 의한 성질의 변화는 탄소(C)를 과포화하여 고용한 마르텐사이트가 페라이트(FERRITE)와 탄화물로 분해하는 과정에서 일어난다.

    5) 고용화 처리(SOLUTION TREATMENT)

고용화열처리는 오스테나이트계 스테인리스강의 기본적인 열처리인데 Cr탄화물 도는 σ상 등의 취화되기 쉬운 상을 고용시키는 동시에 가공의 곡을 제거할 것을 목적으로 하는 것인데 강종별로 적합한 온도에서 가열 후 급냉한다. 가열온도의 하한이하에서는 충분한 연성과 내식성을 얻지 못하며 한편 하한이상에서는 두꺼운 산화스케일이 발생되어 산세작업이 곤란하게 될뿐 아니라, 오스테아니트 결정립의 조대화가 생겨 냉간가공시 표면결함이 발행할 수가 있다.  가열온도는 1100℃에서 주로 하나 SUS304L과 같은

 저탄소강은 결정립이 조대화하기 쉬우므로 좀 낮은 1050℃부근이 좋으며, 한편, 고Cr의 SUS309, SUS310S는 탄화물의 고용온도가 다소 높으므로 일반오스테나이트계 스테인리스강보다 좀 높게 열한다.

이 열처리를 실시할 때  유의해야 할 사항은 고온에서 서냉하거나 또는 405~850℃의 예민한 온도 범위에서 가열하면 오스테나이트 결정립계에 Cr탄화물이 석출하게 되어 내식성을 열화한다.