합금강(Alloy steel, Special steel)의 일반적인 성질과 함께
장단점 그리고 합금원소의 영향들에 대하여 알아보도록 하겠습니다
1. 합금강의 일반적인 성질
(1) 합금강의 성질 개선
합금강의 성질 개선을 통하여 기계적 성질 향상, 내식성, 내마멸성의 증대 및 담금질성을 향상합니다. 또 단접 및 용접이 용이하며, 전자기적 성질의 변화, 결정입도의 성장을 방지하게 됩니다. 그리고 Austenite의 입자 조정, 변태속도의 변화, 소성가공성을 개량할 수 있습니다.
(2) 합금강의 장점
순강과 다른 합금강의 장점을 알아보도록 하겠습니다.
합금강은 인장강도, 경도, 강인성, 피로한도 등 기계적 성질이 개선되게 됩니다. 또 내식성, 내마멸성, 내고온산화성 개선 및 고온에서 기계적 성질 저하를 방지합니다. 이로서 산업 현장에서 많은 문제점들을 해결할 수 있게 됩니다. 또 결정입자 성장을 방지하고 강의 경화능을 증가시킬 수 있으며 열팽창을 적게 하고 보자력을 크게 하며 전기저항을 증대시킵니다.
또 합금강은 담금질효과의 증대 및 담금질경도 저하를 방지할 수 있고 열처리 후의 공작성의 저하를 방지하고 단접성 및 용접성을 증가시킵니다.
(3) 합금강의 단점
합금강에는 많은 장점이 있지만 그에따라 단점도 역시 존재합니다. 합금강은 특수원소가 만드는 탄화물로 고온에서 단단합니다 따라서 변형이 쉽지 않습니다. 그리고 열전도율이 낮아 가열할 때 온도가 고르지 못하고 그렇다 보니 표면에 생긴 산화막이 잘 벗겨지지 않습니다. 또 결정조직이 복잡하여 단조, 압연을 할 때 결정파괴가 곤란하기도 합니다.
2. 합금원소의 영향
합금원소에 영향을 미치는 많은 요소들이 존재합니다. 영향을 주는 요인별로 나누어 그 영향에 대해 살펴보도록 하겠습니다
(1) 기계적 성질에 대한 영향
Fe의 경도 증가 원소는 Cr> W> V> Mo > Ni > Mn > Si > P 의 순서로 이루어집니다. C와 N는 침입형 고용체로서 P 이상으로 경화하고 천이온도를 낮게 하는 원소는 Ni, Mn 현저히 높게 하는 원소는 C, P, Si입니다. 이로서 알 수 있듯이 고온 Creep강도는 Mo의 효과가 대단히 큽니다.
(2) Ni의 영향
Fe에 고용되어 담금질성이 향상되고 인성이 증가하게 됩니다. 인장강도, 항복점, 강인성, 내산성 증가, 연신율, 질량효과는 Ni의 영향으로 감소하게 됩니다. 이는 용접성, 단접성을 약화시키지 않고 저온취성을 감소시키게 됩니다. Ni이 첨가된 강은 풀림시 Pearlite조직이 미세화되고 Ferrite조직이 강해지게 되므로 Cementite은 상대적으로 불안정해지고 흑연화를 촉진하게 됩니다.
(3) Cr의 영향
Cr의 영향으로 합금원소는 탄소와 결합하여 탄화물을 만들며 내마모성, 내식성, 내열성이 향상되게 됩니다. Cr의 함유량이 많으면 500~600℃에서 뜨임하여도 경도는 증가하게 됩니다. 함유량이 적어도 강도, 경도를 증가시키고, Ferrite조직을 강화하게 됩니다. 임계냉각속도가 작고 담금질성이 향상되면 그에 따라 결정입자 크기를 방지합니다. 또 뜨임 취성을 일으키며, Martensite의 뜨임에 의한 연화를 느리게 합니다.
(4) Mn의 영향
Mn을 섞을때의 영향으로는 적열취성을 방지하며 고장력강, 강인강 등의 합금원소로 사용하고 있습니다. 이는 Cementite를 안정하게 하고 담금질성의 향상이 크게 되고 탈산, 탈황 및 고용강화 효과 역시 있습니다. Mn의 함유량이 많아지면 내마멸성을 크게 증가시키며, 적열취성을 방지할 수 있습니다.
(5) Si의 영향
이는 탈산제(0.4% 이내)이며 Ferrite를 강화하고 탄성한도를 상승시킵니다. Si의 함유량이 적으면 강도, 경도를 조금 향상시키고 많아지면 내마멸성을 크게 증가시키고 이에 따라 전자기적 성질을 개선하며, 히스테리시스 현상, 맴돌이 잔류에 대한 손실이 적게 됩니다.
(6) W의 영향
고온강도, 경도, 내열성이 증가되고 담금질조직을 안정화시키며 인성이 있습니다. W의 함유량이 적으면 크롬과 거의 같은 작용을 하며 잔류자기 및 보자력이 크게 되고 함유량이 많아지면 탄화물 생성을 용이하게 하여 경도, 내마멸성을 증가시킬 수 있습니다.
(7) Mo의 영향
Mo의 합금 영향은 고온에서 크리프강도를 높이는 효과가 있으며 담금질 깊이를 깊게 합니다. 열처리효과가 깊게 하고 뜨임취성을 방지하며 P에 의한 저온취성을 방지할 수 있습니다. 또한 내식성 증가, 인성 향상, 단조, 압연, 용접 및 절삭이 용이합니다.
(8) Ti의 영향
제강시 산소, 질소 등의 제거와 편석 방지 및 결정입도를 미세하게 하는데에 영향을 미칩니다. 또 담금질성을 향상하고 탄화물 생성을 용이하게 하여 결정입자 사이의 부식에 대한 저항을 증가시키게 됩니다.
(9) V의 영향
V 합금 금속은 구역을 축소하며 내마모성, 고온경도, 인장강도, 탄성한계를 높이고 인성을 감소시키며 조직을 미세화시켜 강화하는 현상을 보이게 됩니다.