철강의 기초 이론
철강의 기초에 대한 이론과 금속이 무엇인지, 철이란 무엇인지, 그리고 강이 무엇인지에 대해
알아보고 금속의 구조와 철강이 만들어지는 과정에 대해서 알아보겠습니다
철강기초 금속이란?
- 영어로 Metal
- 우리가 배운 화학 원소의 3/4이 금속이다
- 지구의 지각에서 가장 풍부한 금속은 알루미늄, 철, 칼슘, 마그네슘이다.
- 열과 전기를 잘 전달하는 특성을 가지고 있으며, 펴지는 성질과 늘어나는 성질을 가지고 있다
- 특유한 광택을 가지고 있다
- 영원히 없어지지 않고 어떠한 형태로든 존재한다
- 금속은 철광석이라는 돌맹이로 부터 분리해서 만들 수 있다
- 단단하게 만들 수 있고, 물렁하게 만들 수 있고 원하는 형태로 만들 수 있다
- 원하는 단단함과 또는 물렁한 상태로 만들 수 있고 필요한 모든 재료의 원재료가 될 수 있다
철이란?
- 영어로 Iron
- 원자번호는 26번이고 원소기호는 Fe로 고체상태로 존재하며, 비중은 7.85g/m3 이다
- 자연에서는 철광석으로 존해하며 녹는점 다른말로는 용융점은 1,538℃ 이다.
- 용융점은 교재마다 조금씩 다르다 (1538, 1539도 등 큰 차이가 없다)
- 용광로에서 철광석을 가열하면 액체화 된다.
- 산화철에서 산소를 분리하면 순수한 철이 되는 것이다 Fe2O3 = Fe + O2
강 또는 철강이란?
- 영어로는 Steel이며, 제조 방법은 크게 전기로와 용광로(고로)법이 있다
- 용광로에서 열원인 석탄(코크스)과 코크스를 넣어 반응열을 통해 철광석을 녹이고
- 제련과정을 통해 광석에서 순수한 금속 덩어리를 만든다
- 전기로는 고철과 수순한 순철을 섞어 넣고 전극봉에 전류를 통해 발생하는 아크열로 쇳물을 만든다
- 철광석은 철(Fe)을 뽑아내는 원료이다
- 석탄은 열을 발생시켜 철광석을 녹이는 역할을 한다
- 석회석은 분술물의 제거를 원할하게 하는 역할을 한다
- 금속 덩어리에 정련공정을 통해 순도가 높은 금속(순도가 높은)을 만든다
- 순도가 높은 금속에 각종 합금원소를 첨가해 원하는 강종을 만든다
- 탄소 함유량에 따라 강과 주철로 나누어진다
- 탄소의 함류량이 0.035%~1.7%까지 구분되어지며 탄소 함유량과 열처리를 통해 원하는 강을 만든다
- 탄소 함류량에 따라 연철, 강철, 주철로 구분할 수 있다
- 철의 5대성분은 탄소, 규소, 망간, 인, 황이다.
- 철의 5대 성분에 기타 합금을 첨가하여 합금강을 만든다
금속의 구조
금속을 현미경이나 전자주사 현미경으로 관찰하면 금속은 고체 상태에서 수 많은 결정 덩어리들이
함께 엉겨 붙은 결정 구조를 가지는 특징을 볼 수 있다
쉽게 말해서 밀가루를 뭉쳐 반죽 되거나 눈의 결정이 뭉쳐 단단해지는 원리로 이해하면 쉽다
이런 결정 덩어리를 결정립 이라고 하며 보통의 금속은 다양한 크기의 결정립(grain)이 무질서한
상태로 집합되어 있는 다결정체(polycrystal)이지만, 개개의 결정을 보면 원자들이 어떤 규칙을
이루면서 배열되어 있다. 이런 원자들의 배열을 결정 격자라고 한다
결정립과 결정립이 만나는 경계면을 결정립계(grain boundary)라고도 한다
철강이 만들어지는 과정
금속의 응고과정은 물이 얼어 얼음이 되는 과정과 유사하다
금속을 가열하면 1539℃ 이상에서 원자 배열이 무질서 해지면서 결정 상태를 잃고 액체 상
태가 된다 이 용융 금속을 응고 온도 까지 냉각 시키면 원자는 다시 규칙적인 결정 격자의 자리를
찾아가게 된다
이렇게 핵이 성장하면서 결정립이 나뭇가지 모양의 결정(수지상정)이 되어 계속 성장하게 된다
용융 금속이 내부까지 응고하기 시작하면 이 수지상정들도 여러 방향으로 응고되고 알갱이
모양으로 성장한다
※수지상정 : 결정핵이 생기고 핵이 성장하여 큰 결정이 되는데 여기에 또 가지가 생겨서 나뭇가지
모양의 결정 성장이 이루어지는 것을 말한다
오늘은 철강 이론의 기초 중에 철과 철강, 금속의 구조, 철강이 만들어 지는 과정에 대해
간략히 알아보았습니다
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