공구강 완전 해부: 조성, 제조 공정, 산업 적용 분야

공구강이란?

공구강은 탄소 합금강의 일종으로, 이름에서 알 수 있듯 수공구나 기계 다이를 제작, 수정, 수리하는 데 주로 쓰입니다. 공구강은 경도, 내마모성, 내변형성으로 유명합니다. 매우 높은 온도에서도 절삭날을 유지할 수 있어 절단, 프레싱, 코이닝, 압출 등 타 소재 성형에 자주 사용됩니다. 내마모성 덕분에 사출 금형 제작에도 쓰입니다.

공구강의 6대 그룹

공구강은 6개 그룹으로 분류됩니다. 그룹 선택은 강도, 인성, 표면 경도, 내충격성, 작업 온도, 비용 요소에 따라 달라집니다. 6개 그룹: 수냉 경화, 냉간 가공, 충격 저항, 고속도, 열간 가공, 특수 목적.

공구강 제조 공정

필요한 품질 생산을 위해 공구강 제조는 엄격히 통제된 조건에서 이루어집니다. 공구강 탄소 함량은 0.5~1.5% 사이입니다. 제조 공정에서 탄화물을 형성하는 합금 원소(흔히 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브덴)가 도입됩니다.

1차 용해 (Primary Melting)

공구강은 약 75% 스크랩(공장 스크랩과 구매 스크랩 혼합)으로 만듭니다. 산화되지 않는 금속(니켈, 코발트, 구리 등)에 의한 스크랩 오염 방지가 매우 중요합니다. 공구강 생산 대부분은 전기로(EAF) 용해로 이루어집니다.

두 단계: 스크랩을 용해로에서 급속 용해 → 용융 금속을 별도 레들 또는 컨버터 용기로 이송해 정련. 이 2차 정련 공정으로 높은 효율과 대용량 처리가 가능합니다. 정련된 금속은 주조 스테이션으로 이송돼 잉곳으로 부어집니다. 결과 잉곳은 보통 어닐링(가열 후 서냉)해 크랙 방지.

전기로 슬래그 재용해 (Electroslag Melting)

전기로 슬래그 재용해/정련(ESR)은 매끄러운 표면과 파이프(구멍)나 기공(결함) 없는 잉곳 생산에 쓰이는 진보적 용해 공정입니다. ESR 잉곳은 열간 가공성 향상, 공정 수율 개선, 청정도 증가, 횡방향 인장 연성 및 피로 특성 개선 효과가 있습니다.

1차 단조 (Primary Breakdown)

공구강 단조에는 개방형 다이 유압 프레스나 회전 단조기 사용. 이 공정들은 매우 다용도이며 6~13m(20~43ft) 길이의 정방형, 직사각형, 중공, 계단형 단면 생산 가능. 최종 제품은 크랙, 랩, 심이 거의 없고 높은 직진도 달성 가능.

압연 (Rolling)

현대 강철 제조에선 최대 26개 압연기가 연속 사용됩니다. 금속은 가스 연소 푸셔, 워킹빔 용해로, 고출력 유도로로 가열. 급속 가열로 탈탄소(탄소 함량 손실) 방지. 컴퓨터로 자동화되고 측정 장치로 직경 공차와 표면 품질 모니터링. 이 공정으로 강판 코일을 12분 미만에 생산 가능.