금속
산업 제조
탄소강이 연강보다 낫습니까? 트릭 질문! 연강은 탄소강의 일종입니다. 탄소 원소는 모든 강철에 존재합니다. 이 탄소가 주요 합금 원소일 때마다 합금은 탄소강으로 간주됩니다. "저탄소"강은 연강의 또 다른 이름입니다. 탄소 함량이 다른 다른 탄소강이 있습니다. 어느 것이 더 나은지는 강철이 사용될 용도에 따라 다릅니다.
재봉 바늘과 고층 건물의 구조용 빔과 같은 다양한 제품을 만들기 위해 매년 15억 톤 이상의 강철이 생산됩니다. 탄소강은 가장 일반적으로 사용되는 철강 합금으로 미국 전체 생산량의 약 85%를 차지합니다. 제품의 탄소 함량은 0-2% 범위입니다. 이 탄소는 강철의 미세 구조에 영향을 주어 전설적인 강도와 인성을 제공합니다. 이 합금에는 소량의 망간, 규소 및 구리도 포함되어 있습니다. 연강은 탄소 함량이 0.04~0.3% 범위인 저탄소강의 상업 용어입니다.
탄소강은 제품의 화학적 조성과 특성에 따라 분류할 수 있습니다. 연강은 유사한 탄소 함량으로 구성되어 있기 때문에 저탄소강 범주에 속합니다. 일반 탄소강은 합금이 없으며 4가지 범주로 분류할 수 있습니다.
저탄소강은 탄소 함량이 0.04~0.3%이며 가장 일반적인 탄소강 등급입니다. 연강은 0.05-0.25%의 낮은 탄소 함량을 갖는 것으로 정의되므로 저탄소강으로도 간주됩니다. 연강은 연성, 성형성이 우수하여 자동차 차체 부품, 후판 및 전선 제품에 사용할 수 있습니다. 저탄소 함량 범위의 상단에 최대 1.5%의 망간을 추가하면 기계적 특성이 스탬핑, 단조, 이음매 없는 튜브 및 보일러 플레이트에 적합합니다.
중간 탄소강은 탄소 범위가 0.31–0.6%이고 망간 범위가 0.6–1.65%입니다. 이 강철은 열처리 및 담금질하여 미세 구조 및 기계적 특성을 추가로 조정할 수 있습니다. 샤프트, 차축, 기어, 레일 및 철도 바퀴가 많이 사용됩니다.
고탄소강은 탄소 함량이 0.6~1%이고 망간 함량이 0.3~0.9%입니다. 고탄소강의 특성으로 인해 스프링 및 고강도 와이어로 사용하기에 적합합니다. 이러한 제품은 용접 절차에 자세한 열처리 프로그램이 포함되어 있지 않으면 용접할 수 없습니다. 고탄소강은 에지 공구, 고강도 와이어 및 스프링에 사용됩니다.
초고탄소강은 탄소 범위가 1.25~2%로 실험용 합금으로 알려져 있다. 템퍼링은 칼, 차축 또는 펀치와 같은 응용 분야에 유용한 경도 수준이 높은 강철을 생성할 수 있습니다.
탄소강과 연강은 3단계로 제조됩니다.
그 다음에는 최종 제품 특성에 직접적인 영향을 미치는 다양한 마무리 기술이 뒤따릅니다.
강철은 100% 재활용 재료로 만들거나 재활용 재료와 버진 강철의 조합으로 만들 수 있습니다. 버진 스틸은 철광석, 코크스(석탄에서 생산) 및 석회로 고로에서 생산됩니다. 원료는 3000°F에서 작동하는 용광로 상단에 추가됩니다. 철광석이 녹아서 타는 코크스와 혼합되면서 탄소가 용융 제품으로 방출됩니다. 불순물은 석회에 의해 표면의 슬래그로 흡수되어 액체 강철에서 제거될 수 있습니다. 이 단계의 제품에는 약 4%의 탄소가 포함되어 있으며 여전히 약간의 불순물이 있습니다. 용강은 이미 재활용 고철이 들어 있는 기본 산소로(BOF)로 이송됩니다. 순수한 산소는 액체 강철을 통해 불어 과잉 탄소를 산화시켜 탄소 함량이 최대 1.5%인 완제품을 형성합니다.
재활용된 고철은 전기로에서 순수 강철을 추가하지 않고도 재처리할 수 있습니다. 고출력 전기 아크는 최대 3000°F의 온도에서 금속을 녹입니다. 고철이 녹으면서 더 많은 스크랩 배치가 용광로에 추가될 수 있습니다. 용강의 평평한 욕조가 달성되면 BOF와 동일한 방식으로 산소가 주입됩니다. 두 경우 모두 용강은 추가 처리를 위해 용광로에서 국자 또는 강철 수조로 흘러 들어가는 반면 불순물을 포함하는 표면 슬래그는 제거됩니다.
고품질의 철강 제품과 일관된 속성에 대한 시장 수요는 2차 제강 공정의 발전을 촉진했습니다.
강철 구성은 개별 구성 요소를 추가 또는 제거하거나 온도를 조작하여 전기 아크로에서 변경됩니다.
2차 제강의 중요한 측면은 산소를 제거하는 것입니다. 용강이 응고되기 시작할 때 산소가 존재하면 탄소와 반응하여 일산화탄소 가스를 방출합니다. 탈산을 제어하여 완제품의 특성을 변경하고 다양한 용도에 사용할 강철의 적합성을 변경할 수 있습니다.
전통적인 주조 방법에는 크레인으로 국자를 들어 올려 철도 차량에 장착된 개별 주형에 용강을 채울 수 있습니다. 잉곳 몰드는 응고 후 잉곳의 제거를 용이하게 하기 위해 약간 가늘어집니다. 잉곳은 열간 압연을 위해 재가열되는 소킹 피트로 옮겨집니다.
주조기는 용강을 다운스트림 처리에 더 적합한 모양으로 연속 주조할 수 있습니다. 국자는 용강을 주조 기계에 공급하는 턴디쉬로 배출하는 높은 플랫폼으로 들어 올려집니다. 용강은 턴디쉬에서 바닥판이 움직일 수 있는 수냉식 금형으로 공급됩니다. 강철 스킨이 고형화됨에 따라 플레이트가 천천히 낮아져 더 많은 용강이 금형에 들어갈 수 있습니다. 강철은 연속 주조기에서 슬래브, 블룸 또는 빌렛으로 성형됩니다. 응고된 제품은 기계의 끝에서 곧게 펴지고 절단되기 전에 롤러에 의해 당겨집니다. 이 프로세스는 중단 없이 며칠 또는 몇 주 동안 계속될 수 있습니다.
탄소강의 제조 공정이 완료된 후 압연, 열처리, 표면 처리 또는 하류 2차 가공을 통해 마무리됩니다.
솔리드 캐스트 잉곳은 연속 주조로 생산되는 것과 같은 보다 유용한 모양과 크기로 압연되어야 합니다. 강철은 회전하는 롤에 의해 압축되고 당겨집니다. 롤은 강철이 기계에 들어갈 때 강철보다 더 빠른 속도로 회전하므로 강철을 앞으로 밀고 압축합니다.
강철은 재결정 온도 이상으로 가열되어 주조된 미세 구조를 분해합니다. 이렇게 하면 강철 내에서 보다 균일한 입자 크기와 탄소 분포가 균일해집니다.
냉간 성형은 재결정 온도 이하에서 수행됩니다. 이 공정은 변형 경화를 통해 최대 20%까지 강도를 높이는 동시에 마감을 개선하고 더 엄격한 공차를 허용합니다. 철강은 압연 공정에서 최종 치수에 따라 블룸, 빌렛 또는 슬래브 형태의 반제품으로 나타납니다. 블룸은 매우 두꺼운 직사각형 슬래브이고, 빌렛은 두께는 비슷하지만 폭이 좁으며, 슬래브는 더 얇고 넓은 제품입니다.
반제품은 압연기에서 중간 제품으로 추가 가공되어 다운스트림 회사에서 제조 및 최종 가공을 준비합니다.
제품
애플리케이션
꽃
구조적 응용
난간
가드 레일
핸드레일
맞춤형 난간
압연 막대
기계 제작
건설
접시 (1/4인치 이상의 두께)
중공업
보일러
교량
산업용 선박
탱크
선박
스프레드시트 (1/4인치 미만의 두께)
차체
가전 제품
사무 기기
음료수 캔
원형/사각 막대
건설 프레임워크
바지 멜빵
샤프트
차축
철강이 압연 공장을 떠나면 다운스트림 회사는 부식을 방지하고 금속의 특성을 개선하기 위해 다양한 2차 처리 기술을 사용합니다. 이를 위한 주된 기술은 열처리입니다.
강철 열처리의 목적은 제품의 탄소 분포와 내부 미세 구조를 변경하여 기계적 특성을 조작하는 것입니다. 강철의 기계적 특성을 조작할 때 연성이 증가하면 경도와 강도가 감소하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
강철은 상한 임계 온도보다 약 130°F 높은 온도로 가열됩니다. 제품 전체가 균일하게 가열될 때까지 온도를 유지한 후 공랭합니다. 이것은 가장 일반적인 열처리 형태로 강철에 높은 강도와 경도를 부여합니다.
강철의 온도는 시간당 70°F의 속도로 냉각되기 전에 1시간 동안 고용 상태로 상승합니다. 내부 응력이 없는 연성 강재가 생성됩니다.
노멀라이징과 유사한 프로세스이지만 물, 염수 또는 오일로 강철을 담금질하여 냉각을 가속화합니다. 결과 제품은 일반 강철보다 최대 4배 더 단단하지만 매우 부서지기 쉬우므로 깨지거나 균열이 생기기 쉽습니다. 이러한 이유로, 미리 정해진 온도로 담금질한 후에는 일반적으로 템퍼링 또는 응력 완화라고 하는 공정에서 실온까지 냉각 속도를 제어합니다. 열처리 중 온도 및 냉각 속도 매개변수를 설계하여 강재의 특성을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
생산되는 강재의 약 3분의 1은 부식 방지, 용접성, 도장성 향상을 위해 표면 코팅 처리됩니다.
아연 도금은 강철에 아연 표면 코팅을 적용하는 과정입니다. 강철은 액체 아연이 제품 표면에 층을 이루는 아연 수조에 들어가기 전에 가열됩니다. 코팅의 두께는 가스 나이프로 제어됩니다. 아연 코팅의 균열을 방지하기 위해 소량의 알루미늄이 아연 용액에 첨가됩니다.
철강 제품에 아연 코팅을 적용하는 또 다른 공정은 전해 아연 도금을 통한 것입니다. 아연은 전해액의 전류를 조절하여 강철의 표면에 증착됩니다. 이 기술을 사용하면 코팅 두께를 더 잘 제어할 수 있습니다. 또한 제품의 양면에 두께가 다른 차등 코팅을 적용하거나 원하는 특성을 최적화하기 위해 아연 합금 코팅을 적용하는 데 사용할 수도 있습니다.
다운스트림 회사는 철강 원료를 완제품으로 추가 가공합니다. 공작 기계로 표면 금속을 균일하게 제거하는 가공과 같은 다양한 가공 기술이 사용됩니다. 강철을 접합하는 것도 일반적이며 다양한 용접 기술을 사용합니다.
금속 재활용은 지속 가능한 삶과 인간 활동이 환경에 미치는 영향을 최소화하는 성공 사례 중 하나입니다. 강철은 지구상에서 가장 많이 재활용되는 재료로, 다른 모든 재료를 합친 것보다 많습니다.
재활용 철강의 출처에는 제철소, 2차 제조업체 및 제품 수명 주기가 끝난 철강 제품의 스크랩이 포함됩니다. 제조 수요를 충족할 만큼 재활용 철강이 충분하지 않은 경우가 많기 때문에 완제품 생산에는 거의 항상 순수 철강과 재활용 철강이 함께 사용됩니다.
철강재를 재활용하는 것도 완제품의 원가를 낮출 수 있어 경제적이다. 이러한 이유로 철강 산업은 수명이 다한 제품을 쉽게 재활용할 수 있도록 재활용 네트워크를 구축하고 홍보하는 데 적극적으로 참여해 왔습니다.
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스테인리스 스틸은 많은 응용 분야에서 선택할 수 있는 강철일 수 있지만, 무거운 제작의 경우 전체가 스테인리스로 대형 부품을 만드는 데 드는 비용이 엄청날 수 있습니다. 더 저렴한 탄소강으로 불필요한 부품과 프레임워크를 만들면 대규모 제조 프로젝트의 전체 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 이것은 엔지니어가 예를 들어 고열 영역 또는 부식성 영역과 같은 특정 영역에서만 스테인리스 스틸을 사용한 다음 지정되지 않은 영역을 연강과 일치시킬 수 있는 기회를 제공합니다. 탄소강과 스테인리스강을 접합하는 것은 정확히 고유한 것은
강철의 변형은 탄소로 가능합니다. 철강의 탄소 함량은 다양한 용도로 철강의 특성을 변화시킵니다. 인장 속성은 측정된 강철의 탄소 백분위수를 사용하여 구부릴 수 있는 알루미늄 강철에서 충격 방지 장갑판에 이르기까지 무엇이든 만들 수 있습니다. 강철의 속성 철은 강철의 기본 금속이지만 너무 부드러워서 생산적이지 못합니다. 오스테나이트와 페라이트(탄소의 형태)가 도입되면 강철의 다양한 형성이 실현될 수 있습니다. 시멘타이트와 같은 다른 합금 원소도 강철의 구조적 가치를 변경하는 데 사용할 수 있습니다. 제어된 조건에서 추가 가열 및 냉