강철 온도 범위 이해: 최적의 사용을 위한 가이드
적절한 강철이 어떻게 극한의 온도를 견딜 수 있는지 궁금한 적이 있나요? 이 글에서는 강철 등급의 매혹적인 세계와 그 사용 한계를 살펴봅니다. 압력 부품부터 내열성까지...
강철이 강하고 튼튼한 이유는 무엇일까요? 그 비밀은 바로 화학 성분에 있습니다. 이 글에서는 탄소, 실리콘, 망간 등 19가지 원소가 강철의 특성에 미치는 영향에 대해 자세히 살펴봅니다. 강도와 인성 향상부터 용접성 및 내식성에 영향을 미치는 것까지, 각 원소가 어떻게 중요한 역할을 하는지 알아볼 수 있습니다. 원소의 적절한 조합이 다양한 용도에 맞게 강철을 맞춤화하여 재료 공학에 대한 통찰력을 제공하는 방법을 자세히 알아보세요.
강철에서 탄소의 역할은 미묘한 균형을 이루고 있습니다. 한편으로는 탄소 함량 가 증가하면 강철의 항복 강도와 인장 강도는 증가하지만, 반면에 가소성과 내충격성은 감소합니다.
따라서 탄소 함량은 강재의 용도에 맞게 조정되어야 합니다. 탄소 함량이 0.23%를 초과하면 용접 성능이 크게 저하되므로 용접에 사용되는 저합금 구조강의 탄소 함량은 0.20%를 초과하지 않아야 합니다.
또한 과도한 탄소 함량은 대기 부식에 대한 강철의 저항력을 감소시켜 야외 환경의 고탄소강이 부식에 취약해집니다.
그러나 탄소 함량이 높다고 해서 강철의 저온 취성과 노화에 대한 민감성을 개선할 수도 있으므로 탄소 함량이 전적으로 부정적인 것은 아닙니다.
제강 과정에서 환원제 및 탈산제로 실리콘을 첨가하여 0.15~0.30% 실리콘을 함유한 강철을 만듭니다. 실리콘 함량이 0.50~0.60%를 초과하면 합금 원소로 간주됩니다.
실리콘은 탄성 한계를 크게 높일 수 있습니다, 항복 강도와 강철의 인장 강도에 영향을 미치기 때문에 0.15~0.37% 실리콘을 함유한 65Mn 및 82B와 같은 스프링 강에 널리 사용됩니다.
1.0-1.2% 실리콘 추가 담금질 및 템퍼링 구조용 강철은 강도를 15-20%까지 높일 수 있습니다.
또한 실리콘은 몰리브덴, 텅스텐, 크롬과 같은 원소와 결합하면 강철의 내식성 및 내산화성을 향상시키고 내열성 강철을 생산하는 데 사용됩니다.
1.0-4.0% 실리콘을 함유한 저탄소강은 자기 투과성이 매우 높으며 다음을 만드는 데 사용됩니다. 실리콘 강판 전기 산업에 종사하고 있습니다.
하지만 실리콘은 강철의 용접 성능을 저하시킨다는 단점이 있습니다.
제강 과정에서 망간은 우수한 탈산제 및 탈황제 역할을 하며, 강철에는 일반적으로 0.30~0.50%의 망간이 함유되어 있습니다.
탄소강에 0.70% 이상의 망간이 첨가되면 "망간강"으로 간주됩니다.
이 유형의 강철은 적절한 인성뿐만 아니라 더 높은 인성을 가지고 있습니다. 강도 및 경도 을 함유하고 있습니다. 망간은 강철의 경화성과 열간 가공성을 향상시킵니다. 예를 들어 16Mn 강철의 항복 강도는 A3 강철보다 40% 더 높습니다.
11-14% 망간을 함유한 강철은 내마모성이 매우 높으며 굴삭기 버킷 및 볼 밀 라이너와 같은 용도로 사용됩니다. 하지만 망간 함량이 높으면 단점도 있습니다.
망간 함량이 높으면 강철의 취성이 강화되기 쉽습니다. 망간은 입자 성장을 촉진하므로 열처리 시 이를 고려해야 합니다. 망간의 질량 분율이 1%를 초과하면 강철의 용접 성능이 저하됩니다.
유황은 제철 광석과 연료 코크스에서 나오는 강철의 유해한 원소입니다. 강철에서 유황은 FeS의 형태로 존재하며 녹는점(985°C)이 낮은 Fe와 화합물을 형성하는 반면 강철의 열간 작업 온도는 일반적으로 1150~1200°C입니다.
그 결과 열간 가공 중에 FeS 화합물이 조기에 녹아 공작물에 균열이 생기는데, 이를 "열간 취성"이라고 합니다. 유황 함량이 높을수록 고온 취성이 더 심해지므로 유황 함량을 제어해야 합니다.
고품질 강철의 경우 황 함량은 0.02~0.03% 미만, 고급 강철의 경우 0.03~0.045% 미만, 일반 강철의 경우 0.055~0.07% 미만입니다. 경우에 따라 철강에 유황을 첨가하기도 합니다.
예를 들어, 강철에 0.08-0.20% 황을 첨가하면 절단 가공성이 향상되어 자유 절단이 가능합니다.강철 절단.
그러나 유황은 용접 성능에 부정적인 영향을 미치고 내식성을 떨어뜨릴 수 있습니다.
인은 광석을 통해 강철에 도입됩니다. 일반적으로 인은 강철에 유해한 원소입니다. 인은 강도를 높이고 강철의 경도를 사용하면 가소성과 충격 인성이 크게 감소합니다.
저온에서 인은 강철을 상당히 부서지기 쉽게 만드는 "저온 취성"으로 알려진 현상으로 냉간 가공 및 냉간 가공을 악화시킵니다. 용접성.
인 함량이 높을수록 냉간 취성이 더 심해지므로 철강의 인 함량 관리는 엄격합니다.
고품질 강철은 인 함량이 0.025% 미만, 고급 강철은 인 함량이 0.04% 미만, 일반 강철은 인 함량이 0.085% 미만인 강철입니다.
산소는 제강 과정에서 자연적으로 유입되는 강철의 유해 원소입니다. 제강 마지막 단계에서 탈산을 위해 망간, 규소, 철, 알루미늄을 첨가하지만 산소를 모두 제거할 수는 없습니다.
산소는 강철에 FeO, MnO, SiO2, Al2O3 및 기타 내포물로 나타나 강철의 강도와 가소성을 떨어뜨립니다. 특히 다음 항목에 큰 영향을 미칩니다. 피로 강도 충격 강도를 높입니다.
페라이트는 질소를 용해하는 능력이 낮습니다. 강철에 질소가 과포화되면 오랜 시간이 지나거나 200~300°C에서 가열하면 질화물 형태로 침전되어 강철의 경도와 강도는 증가하지만 가소성이 감소하고 노화를 유발합니다.
노화 경향을 없애기 위해 용강에 Al, Ti 또는 V를 첨가하여 질소 고정 처리를 할 수 있는데, 이는 질소를 AlN, TiN 또는 VN의 형태로 고정하는 것입니다.
크롬은 구조용 강철과 공구강의 강도, 경도 및 내마모성을 크게 향상시켜 강철에 우수한 산화 및 내식성을 부여합니다.
결과적으로 크롬은 스테인리스강과 내열강에 중요한 합금 원소입니다. 크롬은 또한 강철의 경화성을 향상시키며 중요한 합금 원소입니다.
그러나 크롬은 또한 강철의 취성 전이 온도를 높이고 템퍼링 취성을 증가시키며 가공 공정에 어려움을 초래할 수 있습니다.
니켈은 강철의 강도를 높이는 동시에 우수한 가소성과 인성을 유지합니다. 산과 알칼리에 의한 부식에 대한 저항성이 높고 고온에서 녹과 내열성이 있습니다. 하지만 니켈은 희소 자원이기 때문에 니켈-크롬강 대신 다른 합금 원소를 사용하는 경우가 많습니다.
몰리브덴은 강철의 입자 구조를 개선하고 경화성과 열강도를 향상시키며 고온에서 충분한 강도와 크리프(고온에서 장기간 응력을 받아 변형이 발생하는 경우)에 대한 저항성을 유지합니다.
몰리브덴을 구조용 강철에 첨가하면 기계적 특성이 향상되고 다음과 같은 취성도 감소합니다. 합금강 화재로 인해. 또한 몰리브덴을 공구강에 첨가하면 적색 경도가 향상됩니다.
티타늄 는 강철의 강력한 탈산제입니다. 강철의 내부 구조를 더 조밀하게 만들고, 입자 구조를 개선하며, 노화 민감도와 냉간 취성을 줄이고, 용접 성능을 향상시킵니다. Cr18Ni9 오스테나이트 스테인리스강에 적절한 양의 티타늄을 첨가하면 다음을 방지할 수 있습니다. 입계 부식.
바나듐은 강철의 탁월한 탈산제입니다. 강철에 0.5% 바나듐을 첨가하면 입자 구조가 정제되고 강도와 인성이 향상됩니다. 바나듐과 탄소의 결합으로 형성된 탄화물은 고온과 고압에서 수소 부식에 대한 내성을 강화합니다.
텅스텐은 녹는점이 높고 밀도가 높아 중요한 합금 원소입니다. 텅스텐과 탄소로 형성된 탄화물은 경도와 내마모성이 높습니다. 공구강에 텅스텐을 첨가하면 적색 경도와 열 강도가 크게 향상되어 절삭 공구로 사용하기에 적합합니다. 단조 다이.
니오븀은 강철의 입자 구조를 개선하고 과열에 대한 민감도와 취성을 감소시키는 동시에 강도는 향상시키지만 가소성과 인성은 감소시킵니다.
일반 저합금강에 니오븀을 첨가하면 대기 중 부식에 대한 저항성과 고온에서의 수소, 질소 및 암모니아 내식성이 향상됩니다. 또한 니오븀은 용접 성능도 향상시킵니다. 오스테나이트 스테인리스강에 첨가하면 니오븀은 입계 부식을 방지합니다.
코발트는 내열강 및 자성 재료와 같은 특수강 및 합금에 주로 사용되는 희귀하고 귀중한 금속입니다.
다예광석으로 만든 WISCO 강철에는 구리가 함유되어 있는 경우가 많습니다. 구리는 강도와 인성, 특히 대기 중 부식 성능을 향상시킵니다. 단점은 열간 가공 시 고온 취성이 발생할 가능성이 높다는 것입니다. 구리 함량이 0.5%를 초과하면 가소성이 크게 감소하지만 구리 함량이 0.50% 미만이면 용접성에는 영향을 미치지 않습니다.
알루미늄은 강철의 일반적인 탈산제입니다. 강철에 소량의 알루미늄을 첨가하면 깊은 드로잉 시트에 사용되는 08Al 강철에서 볼 수 있듯이 입자 구조가 정제되고 충격 인성이 향상됩니다. 알루미늄은 또한 산화와 부식에 대한 저항성이 있습니다.
알루미늄은 크롬 및 실리콘과 결합하면 고온 비피막 성능과 고온 부식에 대한 저항성을 크게 향상시킵니다. 그러나 알루미늄은 강철의 고온 가공성, 용접 성능 및 절단 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.
강철에 소량의 붕소를 첨가하면 강철의 콤팩트함과 열간 압연 특성이 향상되고 강도가 증가합니다.
희토류 원소는 주기율표에서 원자 번호가 57-71인 15개의 란타나이드를 말합니다. 이 원소들은 모두 금속이지만 그 산화물은 '흙'과 유사하기 때문에 일반적으로 희토류라고 불립니다. 희토류 원소를 강철에 첨가하면 강철 내 개재물의 구성, 모양, 분포 및 특성이 변경되어 인성, 용접성 및 냉간 가공성과 같은 다양한 특성이 향상됩니다. 쟁기용 철에 희토류 원소를 첨가하면 내마모성이 향상됩니다.
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