기계구조용강의 제성질에 미치는 각종 원소의 영향

기계구조용강의 제성질에 미치는 각종 원소의 영향

1) 탄소(C) : 오스테나이트(Austenite)에 고용(固溶)하여 담금질 때 마르텐사이트(Martensite)를 생성시키며 탄소량의 증대와 함께 마르텐사이트(Martensite)의 왜곡률(歪曲率)을 상승시키며 담금질 경도를 증가시킨다. Fe, Cr, Mo, V등과 탄화물을 만들어 강도를 증가시킨다. 탄소량의 증가와 함께 인장강도는 증가하나 용융점은 내려간다.

 

2) 규소(Si) : 용강 중의 규소 산화물은 Mn 산화물 등과 결합하여 부상탈이(浮上脫離)가 용이하므로 탈산제(脫酸剤)로서 가장 유효하다.

훼라이트상(Ferrite相)을 강화하여 300℃ 이하의 뜨임저항성을 크게 하나 2%이상 첨가하면 소성가공성을 해치므로 첨가에 한계가 있다.

 

3) 망간(Mn) : 경화능을 증가시키고 강도를 높여주나 뜨임저항을 증가시키지 않는다. 탈산제로서 유효, 유황과 결합하여 피삭성(被削性)을 증가시키고 적열취성(赤熱脆性)을 방지한다. 그러나 이 원소를 다량 첨가하게 되면 염기성 용해로의 경우 로재(炉材)의 침식이 증대되어 해롭다.

4) P : 편석(偏析)을 일으키기 쉽고 고스트(Ghost)를 형성하여 섬유조직을 만들기 쉽다. 충격저항을 저하시키며 뜨임취성(燒戾脆性)을 촉진한다.

또 쾌삭강에서는 피삭성(被削性)을 개선시키는 원소로 취급되나 일반적으로 불순물로 취급된다.

 

5) S : 철과의 화합물은 열간가공성(熱間加工性)을 해치므로 Mn을 가하여 융점이 높은 MnS를 형성시킨다. Mn, Zn, Ti, Mo 등과 결합하여 피삭성을 증가시킨다.

6) Cu : 고온가열에서는 철보다 산화가 적으므로 표면에 편재하여 적열취성(赤熱脆性)을 일으킨다. Cu를 가할때에는 같은 당량(当量)의 Ni을 가하여 적열취성을 방지한다. 시효성(時效性)을 가져 강도를 상승시킨다.

 

7) Ni : 경화능을 증가시키고 대형재(大刑材)의 열처리를 용이하게 한다. 저온취성을 방지하며 내식성을 개선한다.

8) Cr : 경화능, 뜨임저항을 크게 한다. 내식성을 크게 한다. 안정한 탄화물을 만들기 쉬우므로 침탄을 촉진한다. Ni-Cr강은 뜨임취성이 크게 된다.

 

9) Mo : Cr과 안정한 복탄화물(復炭化物)을 만들어 뜨임저항을 증대시킨다.

따라서 Mo 단독보다 Cr과 병용하면 효과가 크며 경화능을 증대시킨다. 결정립 조대화 온도(結晶粒 粗大化 溫度)를 상승시킨다. Ni-Cr 강의 뜨임취성을 감소시킨다.

 

10) V : 0.25% 이하에서는 경화능을 증가시키나 0.3% 이상에서는 오히려 경화능을 감퇴시키며, 결정립을 미세화 한다. 뜨임저항성이 크게 되어 기계적 성질을 향상한다. 특히 인성이 개선된다.

11) B : 미량첨가(0.0005~0.0030%)로 경화능을 현저히 증대시킨다. 과잉으로 첨가하면 Fe3B를 생성하여 적열취성(赤熱脆性)을 일으킨다.

 

12) Ca : 강력한 탈산제이다. Ca은 용강(熔鋼) 중에서 기화하여 폭발하기 쉬우므로 Ca-Si, Ca-Si-Mn의 상태로 첨가하여 비금속 개재물의 상태, 분포의 조정을 행한다.

13) Ti : 결정립을 미세화한다. 경화능을 악화시키나 담금질 온도가 높으면 역으로 증가시킨다. 강력한 탈산제(脫酸剤), 탈질제(脫窒剤)로서 사용. 강고(强固)한 탄화물을 생성한다.

 

14) Se : Mn등과 화합물을 만들어 피삭성(被削性)을 증가시킨다.

15) Zr : 결정립을 미세화(微細化)한다. 0.1~0.2% 첨가로 강도, 신율(伸率), 단면 수축률을 높인다. 강제탈산(强制脫酸)·탈질탈유제(脫窒脫硫剤)로서 사용하는 수가 있다.

 

16) Nb : 강력한 결정립(結晶粒) 미세화원소, 결정립 조대화 온도(結晶粒 粗大化 溫度)를 상승시킨다. 경화능을 감퇴시키며 뜨임취성을 감퇴시킨다.

17) Te : 강의 피삭성을 증대시킨다. 열간 가공성을 해친다.

 

18) Pb : 강중에 개재(介在)하여 피삭성을 증가시킨다.

19) Al : 강탈산제(强脫酸剤)로서 유효하나 용강중에 산화물의 부상(浮上)이 곤란하여 다량 첨가할 수 없다. 질화하면 알미늄-나이트라이드(Al-Nitride)를 만들어 현저하게 표면 경화한다. 결정립을 미세화하고 천이온도(遷移溫度)를 저하시킨다.

 

20) H : 백점(白点)을 만들며 특히 대형재(大形材)에는 균열(龜裂, Crack)을 발생시키는 원인이 된다.

21) O : 여러 원소와 산화물을 만들어 기계적 성질, 열간가공성을 해친다. 표면흠의 최대의 원인이다.

 

22) N : Al, Ti, Zr, Nb 등과 결합하여 결정입자를 미세하게 한다. 인성을 저하시키고 특히 저온인성을 해친다.