기계구조용강의 성질에 미치는 각종 원소의 영향

◆ 기계구조용강의 성질에 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, 망가니즈(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) 인(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) 황(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) 구리(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) 니켈(Ni)

경화능을 증가시키고 대형재(大刑材)의 열처리를 용이하게 한다.

저온취성을 방지하며 내식성을 개선한다.

 

8) 크로뮴, 크롬(Cr)

경화능, 뜨임저항을 크게 한다. 내식성을 크게 한다.

안정한 탄화물을 만들기 쉬우므로 침탄을 촉진한다.

Ni-Cr강은 뜨임취성이 크게 된다.

 

9) 몰리브데넘, 몰리브덴(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) 바나듐(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.