철강기초 소성가공 분류 재결정 알아보자

철강 기초 이론

오늘은 철강의 기초 이론 중 철강이 만들어지는 과정과 철강의 분류, 소성가공과

재결정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

철강이 만들어지는 과정

균질화 처리

• 용융 금속을 응고하여 만든 제품들은 조직 전체가 불균일하다.
• 결정립계에 많은 불순물과 공간들이 있어 강도(기계적 성질)도 모두 다르다
• 금속 전체의 성분이나 조직, 결정립의 크기 등을 철을 균일하게 만드는 것을 균일화 처리라 한다
• 균일화 처리는 금속의 가공성을 좋게하기 위해서 한다
• 균질화 처리 방법

금속을 고온에서 압연이나 단조를 통해 소성가공을 하게 되면 결정립계에 있던 불순물을

작은 크기로 부수고 공간들도 압축되어 없어지게 만든다

• 응고조직을 파괴한 후 적당한 온도에서 가열하면 재결정이 일어나면서 다른 조직이 된다

 

※ 오래전 대장간에서 철을 녹여 쇳물을 만들고 응고 시킨 후에 망치로 두들려 칼을 만들고 물을 부어 담금질을 하던

원리가 오늘날 철강을 만드는 원리와 유사하다고 볼 수 있다

소성 가공

• 탄성변형 : 철사를 구부렸다가 놓으면 원래의 모양으로 돌아가게 된다. 고무줄을 당겼다가 놓으면 제자리로 돌아가듯이 외력을 가하였다가 제거하면 변경이 되지 않고 원래의 모양과 상태로 돌아가는 것을 탄성변형이라고 한다
• 소성변형 : 외력을 가하는 도중 탄성의 영역을 벗어나게 되면 원래의 상태로 돌아가지 않고 변형된 상태로 남게 된다 이렇게 외력을 가한 후에 영구적인 변형이 일어나는 것을 소성변형이라고 한다
• 소성변형을 통해 원하는 형상을 만드는 가공법을 소성가공(plastic working)이라고 한다

 

철강의 분류

탄소의 함량에 따라 철, 탄소강, 주철로 분류한다.

탄소강과 합금강의 분류

• 탄소강 : 순수한 철에 탄소를 0.03~2.0%까지 첨가한 것으로 탄소 외에 규소, 망간, 인, 황이 함유되어 있다
• 합금강 : 탄소강에 철의 5대원소 (C, Si, Mn, P, S)외에 다른 원소를 하나 이상 첨가하여 특수한 성질을 부여한 강

합금원소의 영향

합금원소	영향
탄소(C)	탄소함류량이 증가하면 강도가 증가되고 인성과 연성이 감소한다
규소(Si)	규소함량이 증가하면 용접성과 가공성을 저하시킨다 인장강도, 경도를 상승시킨다, 결정립의 조대화로 충격값과 인성, 연신율을 저하시킨다
망간(Mn)	고온에서 결정립 성장을 억제하며 주조성과 담금질 효과를 향상시킨다 탄소강에 함유된 S를 MnS로 석출시켜 적열취성을 방지한다
인(P)	상온취성의 원인이 된다 결정입자를 조대화 시키며, 편석이나 균열의 원인이 된다
황(S)	절삭성을 좋게 한다 편석과 적열취성의 원인이 되며 철을 여리게 하며 알카리성에 약하다
몰리브덴(Mo)	내식성을 증가 시킨다 뜨임 취성을 방지하며, 담금질 깊이를 깊게 한다
크롬(Cr)	강도와 경도를 증가시킨다 탄화물을 만들기 쉽게 하며, 내식성과 내열성, 내마모성을 증가시킨다
니켈(Ni)	내식성 및 내산성을 증가시킨다 오스테나이트상 안정화 원소이다

 

소성가공의 종류

압연 : 회전하는 롤러 사이에 재료를 넣어 압축하면서 통과시켜 원하는 두께와 외형을 만드는 공법

밀가루 반죽을 밀대로 미는 원리와 비슷하고, 판재나 환봉, 각봉, 심리프 파이프등을 만든다

압출 : 재료를 틀(금형)에 밀어 넣어 연속으로 통과시켜 재료의 단면을 수축시키며 원하는 모양의

단면으로 만드는 방법

가래떡을 밀어서 뽑아내는 원리로 환봉이나 각봉, 파이프를 만드는 방법

단조 : 프레스 가공법의 한 종류로 재료를 헤머나 프레스 기계로 두드려서 압축시키면서 원하는 모양

으로 만드는 공법으로 대장간에서 망치로 두드려서 만드는 원리이다.

스웨징, 로터리 포징, 링 롤링 등 다양한 단조 공법이 있다

인발 : 재료를 다이스와 플러그라는 금형에 넣고 당기면서 통과시키면서 외경과 내경을 원하는 치수로

만드는 공법이다

인발의 목적은 원하는 치수, 원하는 물성치, 표면의 미려함을 만들기 위함이다

프레스 : 재료에 프레스 기계로 수직, 또는 압력을 가하여 원하는 금형 형상으로 전단, 굽힘, 펀칭하는 방법

축관, 확관, 단조, 코이닝하는 방법이 있고, 주로 자동차 Body를 찍어내는데 사용 됨

 

재결정과 재결정온도

재결정

가공된 금속을 가열하면 내부 응력이 제거되는데 이를 계속 가열하게 되면 내부 응력이 없어지면서 새로운

결정이 생성되는데 이를 재결정이라고 하며, 이 온도를 재결정 온도라고 한다

금속의 소성가공에 있ㅇ서 재결정 온도 이하에서 가공하는것을 냉간가공, 재결정 온도 이상에서 가공하는 것을

열간가공이라고 한다

가공된 금속을 가열하게 되면 조직의 회복 – 재결정 – 결정립의 성장의 순서로 변하게 된다

재결정이 진행되면서 강도와 경도는 감소하고 연성은 증가하게 된다

재결정 온도

• 철 : 500℃
• 니켈 : 500~600℃
• 텅스텐 : 1,200℃

  • 은 : 200℃

• 아연 : 15~50℃
• 알루미늄 : 150℃
• 마그네슘 : 150℃
• 구리 : 200℃
• 금 : 200℃

열간가공과 냉간가공

소성가공	주물에 비해 성형치수가 정확하다 금속의 결정조직을 변형시켜 치밀하고 강한 조직을 얻을 수 있다 대량 생산으로 균일한 치수를 만들 수 있다
열간가공	가공성(성형)이 좋다 열에 의한 변형율이 크기 때문에 변형율이 높은 가공품에 적용하기 좋다 가열을 하면 표면이 산화되기 때문에 정밀한 가공이 어렵다
냉간가공	가공면을 깨끗하고 정밀하게 가공을 할 수 있다 가공경화로 강도 및 경도가 증가한다 치수정밀도가 열간가공에 비해 높다

 

오늘 철강의 기초 이론 중 철강의 분류와 소성가공, 재결정, 열간가공과 냉간가공에 대해서 알아보았습니다

 

철강기초 이론 강과 철강에 대해서 알아보자