1. 철강 재료의 분류
우리들이 사용하고 있는 강(鋼, steel)은 철광석(鐵鑛石)에서부터 제철(製鐵), 제강(製鋼)과정을 거쳐서 만들어진 것 입니다.
이 과정에서 ①탄소, ②망간(Mn), ③규소(Si), ④ 유황(S), ⑤인(P)과 같은 물질들이 철과 함께 섞여 있습니다. 이 원소들을 강(鋼)의 5원소라고 합니다.
강의 5 원소 - ① 탄소, ②망간, ③ 규소, ④ 유황, ⑤ 인
이런 물질들을 철 속에서 완전히 제거하는 것은 기술적이나 경제적으로 곤란한 일 입니다. 그러므로 강의 성질에 특히 나쁜 영향을 주지 않는 범위에서는 그대로 사용하는 것이 경제적이라고 볼 수 있습니다.
일반적으로 우리들이 보통 사용하고 있는 탄소강에는 0.4% 이하의 망간(Mn), 1.5% 이하의 규소(Si), 0.05% 이하의 유황(S),0.05% 이하의 인(P)이 함유되도록 법으로 규정되어 있습니다.
이와 같은 강을 '탄소강(鋼, carbon steel)' 이라고 하며, 값이 싸기 때문에 봉(棒, bar),관(管, tube), 선(, wire)의 형태로 압연되어 가장 널리 사용되고 있습니다.
그러나 탄소강에는 여러 종류의 결점도 많이 있습니다. 이 결점들을 해결하고 다양하고 특수한 성질의 강(鋼)을 만들기 위하여 탄소강에 특수한 합금 원소를 첨가한 강을 '특수강(特殊鋼, special steel)'이라고 합니다.
강(鋼, steel)은 다음과 같이 ①탄소강과 ② 특수강으로 크게 나눌 수 있고, 특수강도 사용 목적에 따라 합금강(合金, alloy steel), 공구강(tool steel), 특수 용도강(special use steel)으로 나뉘어집니다.
탄소강과 특수강 이외에도 강을 이용하여 제품들을 만드는 방법에 따라 주조(鑄造)하여 만든 ③주강품(品)과 강을 단조. 압연하여 만든 ④ 단강품(鍛鋼品)도 있습니다.
철강 재료의 종류는 대단히 많으므로 분류하는 방법도 매우 다양합니다. 다음과 같이 모든 합금 원소의 총량(總量)에 따라 철강재료를 분류하는 방법도 있습니다.
일반적으로 합금 원소의 총량(總量)이 10% 이하이면 '저합금강(合金, low alloy steel)', 10% 이상이면 '고합금강(高合金, high alloy steel)'이라고 합니다.
2. 각 재료를 비교 검토할 때 주의할 점
모든 철강 재료에 대하여 자세하게 설명하는 것은 너무 방대(大)하므로 모든 재료를 다 다룰수는 없습니다. 다만 각각의 재료를 조사 검토할 때, 모든 재료에 공통적으로 나타나는 주의할 점에 대하여 설명하고자 합니다.
2-1. 화학 성분
대부분의 철강 재료는 화학 성분이 규격으로 정해져 있습니다. 각 재료의 화학 성분은 강재(鋼材)나 제품의 화학 성분이 아니라, 이 재료가 "용해로 속에서 용해되어 있을 때" 의 화학 성분 입니다. 그러므로 강재나 제품을 직접 화학 분석하였을 때와 다를 수가 있습니다.
예를 들어 보겠습니다. KS 규격에 합격한 SM 20 C로 만든 제품의 탄소량을 분석하였을 때, 탄소량이 반드시 0.18~0.23의 범위내에 있어야만 하는 것이 아닙니다. 다소 차이가 나는 것이 보통이며, 그 차이가 대략 ± 0.03% 이하-이면 합격품으로 처리됩니다.
2-2. 기계적 성질과 열처리 방법
여러 종류의 철강 hand book에 수록되어 있는 각종 강의 기계적 성질은 많은 분야에서 활용되는 중요한 자료입니다. 그러므로 이 자료에 대한 정확한 의미를 알아야 합니다.
첫째 ,기계 구조용 강의 표준 size는 직경이 25 mm인 환봉(丸棒,bar)이고, 공구강의 표준 size는 직경이 15mm 이고 길이가 20mm인 환봉이나 각봉(角)입니다.
이 자료들은 '표준 size'에 대한 값들입니다.
예를 들면 S 30 C의 기계적 성질(항복점, 인장 강도, 신율등...)은 직경이 25 mm인 환봉의 기계적 성질입니다. 25 mm보다 굵으면 질량 효과 때문에 기계적 성질이 나타나지 않으므로, 질량 효과를 고려하여 기계적 성질을 다시 수정하여야 합니다.
둘째, 예를 들어 직경이 '25 mm'인 '환봉' 모양의 SM30C를 열처리하여 보겠습니다. 즉 ① 850℃~900℃로 가열한 후 물에 넣어 담금질하고, ② 550℃~650℃로 가열하여 뜨임한 후 급냉하였을 때에는 열처리 조건을 정확히 이해하여야 합니다.
기계적 성질 중, 항복점은 34kg/m 이상이고, 인장 강도는 55kg/m 이상, 신율은 23% 이상 등이 된다는 뜻 입니다.