【기계기사】 기계재료 2강. 철강재료

2강. 철강재료

 

추천글 : 【재료역학】 재료역학 목차

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1. 철강재료의 분류와 제조법 [본문]

2. 순철과 탄소강 [본문]

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1. 철강재료의 분류와 제조법 [목차]

⑴ 탄소함유량에 따른 분류

① 순철 : 0.02% 미만

② 강 : 0.02% ~ 2.11%

③ 주철 : 2.11% ~

⑵ 제조법

① 제선법

○ 용광로 → 선철

○ 회선철 : 흑연 (유리탄소). 연함

○ 백선철 : Fe₂C (화합탄소). 단단함

② 제강법

○ 선철 정련 (불순물 제거)

○ 노내의 내화물에 따라 산성, 염기성 구분

③ 강괴 : 탈산 + 응고

○ 림드강(rimmed steel)

○ Fe-Mn으로 약하게 탈산시킨 것

○ 0.3% 이하의 탄소강으로 내부에 많은 기공이 있음

○ 탈산이 충분하지 못하기 때문에 용강이 주형 내에서 비등방적

○ 가공 및 내부에 불순물이 모여 편석이 되기 쉬움

○ 킬드강(killed steel)

○ Fe-Si, Al로 충분히 탈산시킨 것

○ 상부에 수축관이 생김

○ 일반 구조용강, 두꺼운 판재 등의 소재로 적합함

○ 세미킬드강(semi-killed steel)

○ 약탈산강

○ 용접 구조물에 사용

 

 

2. 순철과 탄소강 [목차]

⑴ 순철(pure iron)

① 순철은 강도가 좋지 않으므로 기계구조용으로 사용되지 않음

○ (참고) 기계구조용으로 많이 사용되는 재료는 탄소강

② 자기변태 : A₂ 변태점. 퀴리점. 768 ℃

③ 동소변태 : 결정격자 변화. A₃ 변태점, A₄ 변태점 등

④ 순철에는 α, β, γ의 3개의 동소체가 있음

⑤ 순철의 변태

 

 

○ A₀ (210 ℃) : 시멘타이트의 자기 변태점

○ A₁ (723 ℃) : 순철에는 없고 강에서만 일어나는 특유한 변태

○ A₂ (768 ℃) : 자기변태 (Fe, Ni, Co)

○ A₃ (912 ℃) : 동소변태

○ A₄ (1400 ℃) : 동소변태

⑵ 탄소강(carbon steel)

① 기계구조용

② Fe-C 평형상태도

○ A₀ 변태점 (210 ℃) : 세멘타이트 자가변태점

○ A₁ 변태점 (723 ℃) : 순철에는 없고 오직 강에만 존재함

○ A₂ 변태점 (770 ℃), A₃ 변태점 (912 ℃), A₄ 변태점 (1400 ℃)

○ 공석반응 (723 ℃) : α철 + Fe₃C → γ철. 4.3% C. 펄라이트 변태. A₁ 변태

○ 아공석강 : 0.02 ~ 0.77%

○ 공석강 : 0.77%

○ 과공석강 : 0.77 ~ 2.11%

○ 공정반응 (1130 ℃) : γ철 + Fe₃C → 액체. 0.77% C

○ 포정반응 (1495 ℃) : γ철 → δ철 + 액체

○ A_cm선 : γ → γ + Fe₃C

○ γ 고용체가 시멘타이트를 석출 개시하는 온도선

③ 탄소강의 표준조직

○ 강을 A₃ 또는 A_cm보다 40 ~ 50 ℃ 높게 가열 + 공기 중 서냉 (불림 normalizing)

○ 오스터나이트(A) : γ. FCC. 인성 높음. 안정된 비자성체

○ 페라이트 : α. BCC. 전연성 높음

○ 펄라이트 : α + Fe₃C. 0.8% C. 공석조직. 층상. 인장강도, 내마모성 높음

○ 레데뷰라이트 : γ + Fe₃C

○ 시멘타이트 : Fe₃C. 취성. 6.68% C. 경도 높음

④ 취성

○ 청열취성 : 200 ~ 300 ℃

○ 적열취성 : S

○ 상온취성 : P

○ 고온취성 : S

⑤ 함유성분

○ 탄소강 5대 원소 : C, Si, Mn, P, S

○ Si : 탄성한계, 강도, 경도가 높음. 연신율, 충격치가 낮음

○ Mn : 흑연화 없음. 적열취성 없음. 결정립 성장 없음. 인장강도, 고온가공성, 주조성, 담금질 효과 우수

○ P : 강도, 경도 우수. 상온취성. 편석, 담금균열, 결정립 성장이 특징. 연신율, 충격값 낮음

○ S : 유동성 낮음. 인장강도, 연신율, 가공성, 단조성이 낮음. 절삭성이 우수

○ H₂ : 백정, 헤어크랙 (균열형성)

 

입력 : 2020.08.18 20:49