금속
산업 제조
강재 등급 시스템은 화학 조성, 열처리, 기계적 물성 고려해 제작자가 용도 적합 제품 고르도록 돕습니다. 실제 탄소·타 합금 원소 비율 외에 미세조직(microstructure)도 기계적 물성에 큰 영향.
미세조직 정의와 열간/냉간 가공 및 제조 후 미세조직 제어법 이해 중요. 이 기법들로 특정 기계적 물성 가진 제품 개발 가능. 하지만 조성·미세조직 조작은 물성 간 트레이드오프 수반. 예: 더 단단한 강철 → 강도 저하 가능.
물질 미세조직 = 분자 간 결합 방식과 작용 힘. 가열·냉각 공정으로 미세조직 형태 전환 → 물성 변화.
맨눈 관찰 불가, 현미경으로 연구. 강철 주요 미세조직: 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 시멘타이트, 오스테나이트.
상온 순수 철 분자 구조. 탄소 함량 극저 강철도 동일 미세조직. 특징: 체심입방정(BCC) 결정 구조. 모서리마다 분자 1개 + 정육면체 중심에 1개. 다른 미세조직(입방면 중심 등)보다 분자 느슨하게 패킹. 상온서 탄소 첨가 한계 0.006% 넘으면 페라이트 구조 변화.
철계 합금 1500°F(815°C) 이상 1800°F(982°C) 미만 가열 시 형성. 적정 합금 원소(니켈 등) 있으면 냉각 후에도 이 미세조직 유지. 특징: 면심입방정(FCC) 결정 구조. 모서리 분자 1개 + 각 면 중심에 1개. 페라이트보다 조밀 패킹. 탄소 최대 2% 함유 가능, 스테인리스강 흔한 미세조직.
탄소강 오스테나이트 구간 가열 후 합금 원소 없이 냉각 → 페라이트로 환원. 하지만 탄소 0.006% 초과분은 철과 결합해 철 탄화물(Fe₃C) = 시멘타이트 형성. 시멘타이트 단독 존재 안 함(일부 페라이트 잔존).
페라이트와 시멘타이트 교대 층상 구조. 천천히 식힐 때 형성되는 공융 혼합물(eutectic mixture). 공융 혼합물 = 두 용융 물질 동시 결정화. 이 조건서 페라이트·시멘타이트 동시 생성 → 미세조직 내 교대 층 형성.
체심사방정(Body-centered tetragonal) 미세결정 구조. 급랭(퀜칭)으로 탄소 원자 철 격자 내 갇히게 해 형성. 결과: 매우 단단하고 바늘 같은 철-탄소 구조. 마르텐사이트 미세조직 강철 = 저탄소강 합금 + 약 12% 크롬 일반적.
강철 제조사·소비자 모두 미세조직 이해 필수. 탄소 함량, 합금 농도, 마감 공법 모두 미세조직 영향 → 완제품 물성 조작 가능. 동일 합금 조성이라도 열처리·마감 공법 차이로 미세조직 달라질 수 있음.
용강 주조 후 최종 형상 성형 → 부식 방지 마감. 강철 보통 기계 가공용 반제품(블룸, 빌릿, 슬래브)으로 주조. 압연으로 성형. 압연 온도: 소재·용도에 따라 열간/온간/냉간. 압연 중 두 작업 롤이 고속 회전하며 강철 당기고 짜내 압축 변형.
재결정 온도 이하서 강철 압연. 롤 압력으로 미세조직 내 전위(dislocation) 발생 → 결정립(grain) 생성. 전위 누적될수록 강철 더 단단해지고 추가 변형 어려워짐. 냉간 압연으로 강철 취성화 → 열처리로 극복.
압연 완료 후 2차 가공으로 마감·부식 방지·기계적 물성 개선:
조절 가열·냉각으로 미세조직 변경 → 목표 기계적 물성 달성. 다양한 열처리 공법 개발 배경.
강철 미세조직 특정 온도서 상변태. 열처리 핵심 변태점 이해·조작 기반:
정규화 온도서 상한/하한 임계 온도 통과 냉각 속도 → 상온 최종 미세조직 결정.
열처리: 어닐링, 퀜칭, 템퍼링 등 포함. 강철서 연성·강도 역관계. 열처리로 연성↑ 강도↓ 또는 강도↑ 연성↓ 조절.
탄소강 ~1290°F 30시간 가열. 펄라이트 내 시멘타이트 층 구상화 → 가장 연하고 연성 좋은 강철.
탄소강 상한 임계 온도 약간 위 가열 1시간 유지 → 시간당 ~36°F 속도 냉각. 조대 펄라이트 구조, 연성 좋고 잔류 응력 없음.
냉간 가공 저탄소강(>0.3% C) 응력 제거. 1025~1292°F 1시간 가열. 미세조직 전위 결정 재형성으로 복원 후 냉각.
고탄소강 상한 임계 온도 위 가열 → 유지 → 하한 임계 온도 냉각 → 유지 → 상온까지 서서히 냉각. 다음 냉각 단계 전 균일 온도·미세조직 보장.
탄소강 정규화 온도 1시간 가열 → 완전 오스테나이트 상 진입 → 공랭. 미세 펄라이트 미세조직, 높은 강도·경도.
중/고탄소강 정규화 온도 가열 → 급랭(물/소금물/오일 침수) 상한 임계 온도까지. 마르텐사이트 구조 생성 → 극히 단단하지만 취성.
가장 흔한 열처리(결과 예측 용이). 퀜칭강 하한 임계점 미만 재가열 → 냉각. 온도는 목표 따라 다름, 298~401°F 가장 흔함. 취성 퀜칭강에 구상체 형성돼 인성 회복.
ASTM(미국재료시험학회), SAE(자동차공학회) 등 국제 표준 따라 측정.
마모 견디는 능력. 탄소 함량↑, 퀜칭→마르텐사이트 형성으로 경도↑.
재료 변형에 필요한 힘. 정규화로 균일 미세조직 만들어 강도 향상.
인장 응력 하 변형 능력. 냉간 가공 강철 전위 많아 연성 낮음. 공정 어닐링으로 결정 재형성→전위 일부 제거→연성 개선.
파단 없이 응력 견디는 능력. 퀜칭강 템퍼링→구상체 형성→인성 향상.
절삭·연마·드릴링 용이성. 주로 경도 영향. 더 단단할수록 가공 어려움.
결함 없이 용접 가능성. 주로 화학 조성·열처리 의존. 융점, 전기/열전도도도 영향.
강철 기계적 물성·시험 상세는 주강 물성 및 생산 참고.
상인용, 공업용, 구조용 등 대분류 품질 등급으로 강재 제품 표시. 특정 용도·가공 공정 적합 강재 빠르게 식별·의사결정 지원. 분류 기준:
ASTM, AISI(미국철강협회), SAE 등 규격으로 엔지니어·제작자·소비자 간 강재 물성 소통 표준 언어 제공. 등급은 화학 조성, 물리적 물성, 열처리, 가공 공정, 형상 등 매우 구체적.
기호 문자 + 순차 번호. 예: 'A' = 철계 금속, '53' = 아연도금 탄소강 번호.
ASTM A53 속성 예:
4자리 숫자 분류. 앞 2자리: 강종·합금 원소 농도, 뒤 2자리: 탄소 농도. 예: SAE 5130 = 크롬 1% + 탄소 0.30%. 문자 접두사로 상인용 품질 등급 표시.
금속
이미지 출처: Shutterstock/CHIARI VFX 강철은 용융 상태에서 응고 직후 일정 온도 범위에서 가단성을 갖는 철-탄소 합금의 대가족을 통칭하는 용어입니다. 제강의 주원료는 철광석, 석탄, 석회석입니다. 이들은 고로에서 선철(pig iron)로 변환되며, 다량의 탄소, 망간, 황, 인, 규소를 함유합니다. 선철은 단단하고 부서지기 쉬워 직접 단조 가공하기 부적합합니다. 제강은 선철과 철/강 스크랩을 정련하여 용융물에서 유해 원소를 제거하고 원하는 원소를 정량 첨가하는 과정입니다. 주요 반응은 탄소가 산소와 결합해 기체를
SKD11 금형강은 일본 공구강입니다. 소재 열처리 경도: HRC 58~60. SKD11은 고탄소 고크롬 합금 공구강으로 열처리 후 높은 경도, 연마성, 강한 경화성, 좋은 치수 안정성 보유. 가공성 좋고 탄화물 입자 미세 균일. 몰리브덴과 바나듐 특수 첨가로 담금질 균열 걱정 없음. SKD11 상세 성능 A) 고온 강도와 인성, 내마모성 우수, 절삭 용이 B) 강도, 인성, 내열성 균형 좋은 냉간 가공 금형강 C) 진공 탈가스 정련으로 내부 품질 극도로 청정 D) 가공성 양호 E) 경화성 좋음, 공냉 경화 가능, 담금질 균열