1. 철강의 유용성
철강은 인공재료 중에서 그 생산량이 가장 많고 세계 전 금속 생산량의 95% 이상을 차지하는 유용한 재료이며 전산업의 소재를 공급하는 중요한 역할을 합니다. 철강이 이와 같이 많이 생산되어 요긴하게 쓰이는 이유는 다음과 같습니다.
① 철의 원료자원이 풍부하다. 지각 중에 존재하는 주요 원소의 존재상에서는 4위 (O, Si, Al, Fe, Ca)이다.
② 생산량이 많고 값이 싸다. 현재 세계철강생산량은 연간 약 8억 톤이다.
③ 강도와 인성이 좋고 각가지 강도의 재료를 얻을 수 있다.
④ 성분이나 열처리조건의 선택으로 광범위하게 특성을 변화시킬 수 있다.
⑤ 기계가공, 용접가공 등 각종 가공이 쉽다.
⑥피용성이 좋아서 녹의 발생을 개선할 수 있다.
7. 합금원소를 첨가한 합금강을 특수한 성질이다. 예컨대 내구성 내마모성 고감도성, 내열성, 전자기적 특성을 갖는다.
철강재료의 성질 중 열적 성질 (비열, 열팽창 등), 밀도, 포화자기 등은 조직에 비교적 둔감하나 양적으로 많이 쓰이는 구조용 철강재료의 기계적 성질은 조직에 따라 크게 달라지며 열처리나 조성을 바꾸어 미세조직, 세부적 구조를 변화시켜서 기계적 성질을 크게 바꿀 수 있습니다.
2. 철강재질의 분류
공업용 철강재료는 순수한 철(Fe)이 아니고 그중에 C, Si, Mn, P, S 등을 품고 있으며, 일반으로 C의 함유량에 따라 다음과 같이 대별합니다.
공업용 철강재료 -
1) 공업용 순철: C0-0.03%
2) 강 - C0.03~1.5%, Si 0.01-0.3% Mn 0.3~0.8%, P0.01-0.05% 'S_0.01-0.05%
3) 선철과 주철 C 2.5~4.5%, Si 0.5~2.0% Mn 0.5~2.0% S 0.01~0.1% •P 0.02~0.5%
금속조직학상으로는 C 2.0% 이하를 강, C 2.0% 이상을 철강으로 규정하고 있는 C1.5~2.5%의 범위는 실용성이 적으므로 공업적인 생산은 별로 하지 않습니다. 강 중의 5 원소 외에 특수한 성질을 얻기 위해서 특수 원소 즉 Ni, Cr, W, Mo 철강 중에 첨가한 것 또는 5 원소에 속하는 것이라도 특수한 성질의 부여를 목적으로 함유량을 많게 한 것, 예를 들면 Si를 많이 넣은 규소강, Mn을 많이 넣은 내마모강을 특수강(special steel) 또는 합금강(alloy steel)이라 하고 이에 대하여 보통의 ordinary steel) 또는 탄표강(carbon steel)이라 부릅니다.
철강과 주철은 성분적으로는 동일하나 주조재료로서 쓰일 때 이것을 재련 이라 하고 철광석 제련의 산물, 제강 근방의 원료로서 쓰일 때 은강(pig iron)이라 합니다. 공업용 순철과 강의 구별은 주로 손임성의 유무에 따라 구별되기도 하며 옛날 저온에서 철광석을 제련하여 탄소함유량이 적고 반용융상태에서 제조한 연철(wrougt iron)은 가단성은 있으나 소입성이 없기 때문에 강과 구별하였으나 현재는 거의 생산돠지 않습니다. 또 강과 선철의 구별은 그 단연성, 주조성의 양부에 따라 구별되기도 합니다. 철강재료는 또한 그 파면, 제조법, 함유성분 등에 따라 세분됩니다.
3. 철강의 제조법
현재 가장 경제적이고 대량생산이 가능한 철강제조법은 고로에서 철광석을 제련하여 선철을 만들고 이것을 제강로에서 정련하여 강을 만든 다음 강 편으로 주조하여 이것을 압연가공하여 강제를 얻는 방법입니다. 이와 같이 한 제철소 내에서 제선, 제강, 압연의 3개 공정을 거쳐 철강을 생산하는 조업형태를 선관일관공정이라고 합니다.
포항제철소와 광양제철소는 선강일관공정으로 연간 2100만 톤의 조강을 생산하고 있으며, 전기로업체를 합한 전조강 생산량은 2900만 톤에 이르고 있습니다.
또 다른 철강제조공정은 고철이나 강원석을 원료로 하여 전기로나 평강에서 제강한 다음 압연가공하여 강재를 얻는 방법이며, 이것을 독립제강공정이라 합니다. 우리나라에서는 전기로만을 사용하고 있으며, 전조강생산량의 30% 이상을 생산하고 있습니다.
4. 순철
공업용 순철에는 armco철, 전해철, carbonyl철 등이 있으며 그중의 불순물은 0.001 ~ 0.02 % 정도로 적은 편입니다
순철의 현미경조직은 많은 결정립으로 되어 있으며 각 결정립의 축 방향이 달라서 부식도에 차이가 생기기 때문에 대립계가 생기게 됩니다.
동소변태는 원자배열이 바뀌므로 변태에 어느 정도의 시간을 요하게 됩니다. 따라서 급혈 할 때는 높아지고 급랭할 때는 낮아지게 됩니다. 하지만 원자배열의 변화가 없다면 이러한 현상은 없게 됩니다.
동소변태에서는 변태점에 가열 시에는. c를 붙이게 되고 냉각시에는 r을 붙여 표시하게 됩니다. 가열과 냉각속도를 무한히 늦추면
순철에는 910도 에서와 1400도 에서 동소변태가 있고 768도에서는 강자성으로부터 상자성이 되는 자기 변태가 있게 됩니다. 가열과 냉각속도를 무한히 늦추면 A와 A는 일치하게 되며 이때에는 e(equilibrium형)를 붙여 Aes, Ae와 같이 표시하게 됩니다. 변태 할 때에는 각가지 성질이 변화하며 A3 변태 (BCC→ FCC)에서는 커지고 변태 (FCC→BCC)에서는 감소하게 됩니다.