탄소강[carbon steel]

탄소강[carbon steel]

모든 종류의 강철은 철과 다른 원소와의 합금으로 탄소함유량이 0.02%~2.14%까지의 철강재를 지칭한다. 주성분인 철과 탄소 이외에 규소, 망가니즈, 인, 유황, 동을 함유한다. 탄소의 함유량이 높으면 높을수록 강의 경도는 올라가지만 동시에 외력에 대한 정항력도 약해진다.

"탄소강"이라는 용어는 탄소를 유일한 주요 합금 원소로 사용하는 강을 의미한다. 이것은 합금 공정에서 크로뮴 및 몰리브데넘과 같은 다양한 원소를 사용하는 스테인리스강과 같은 재료와는 대조적이라 할 수 있다.

탄소강은 철을 베이스로한 합금의 일종으로 흔히 강철이라고 불리운다. 철은 탄소의 함유량에 따라 순철, 강철, 철로 분류한다. 일반적인 철, 강철, 주철의 분류와 호칭이 다른 것도 있으므로 주의가 필요하다.

철은 탄소량이 많아질수록 단단해져 변형에 강한 성질을 갖게 된다.

일반 명칭	철	강철	주철
탄소함유량	0.02% 미만	0.02~2.14%	2.14~6.7%
호칭	순철	강철	철

탄소를 제외하고 원소의 양(量)이 합금강으로 규정되고 있는 양 이하의 강.

탄소의 양은 약 2mass% 이하로서 그 이상의 탄소를 함유하는 것은 주철이 된다.

탄소강에 들어있는 탄소 이외의 원소에는 제강반응에 필요한 탈산제인 Al, Si, Ca, 용광로나 전로 벽의 내화물 또는 원료나 연료에서 혼입하는 P, S 등의 불순물원소가 있다.

Mn의 첨가는 탈산제로서의 작용도 있으나 S와 결합하여 MnS가 되고, 녹는점이 낮은 FeS를 생성하기 어려워 FeS의 용융에 의한 열간압연시의 균열(적열취성)을 억제하기 위해 필요하다.

탄소강의 성질은 합금원소를 특히 첨가하고 있지 않으므로 탄소 또는 탄소와 Mn으로 정해진다.

탄소량이 0.25~0.3mass% 이하인 것을 저탄소강(연강), 0.3~0.6mass% 이상의 것을 중탄소강, 0.6~2.14%의 것을 고탄소강으로 분류하는 경우도 있다.

저탄소강(연강)은 고탄소강보다 용접 및 기계가공이 쉽고 연강이라고 하는 것처럼 더 부드럽고 유연하며 가장 저렴한 강철이다.

중탄소강은 작업성, 가격 및 내구성이 좋으며 자동차 부품이나 기계 부품에 많이 사용된다.

고탄소강은 탄소를 많이 함유한남큼 매우 단단하므로 도구, 조리기구 및 칼날 등에 이용되며 높은 경도로 인해 다른 강철보다 부서지기 쉽고 용접 및 기계 가공이 어렵다는 단점이 있다.

또 탄소량이 약 0.02mass% 이하인 것을 극저탄소강이라고 부르기도 한다. 또 일반적으로 탄소량이 많아지면 강은 경도를 증가시키나 경도에 의해 극연강, 연강, 경강 등으로 분류하는 경우도 있다.

기계구조용탄소강, 탄소공구강, 피아노선재 등 탄소강의 일부인 것은 합금강과 합하여 특수강으로 분류된다. 

KS규격-탄소강(carbon steel)의 종류와 특징

1) 일반 구조용 압연 강재(SS재)
2) 냉간압연 강재(SCP재)
3) 열간압연 강재(SHP재)
4) 용접 구조용 압연 강재(SWS재)
5) 내후성 압연 강재
6) 용융 아연도금 강재(SGC재)
7) 전기 아연도금 강재(SEC재)
8) 도장 용융 아연도금 강재(CGC재)
9) 보일러용 압연 강재(SBB재)
10) 기계 구조용 탄소강재(SM-C재)

[SS 재]

Steel Structure의 약칭으로 일반구조용압연강재를 말한다. 탄소 함유량이 0.1~0.3%로 저탄소강에서 중탄소강의 강재이다. 대표적인 강종은 SS400으로 비교적 가격이 저렴하고 가공성과 용접성이 양호한 철강재료로서 산업분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 하지만 S-C재(기계구조용탄소강재)와 비교하면 탄소함유량이 적으므로 강도나 경도가 떨어진다. 또한 SS의 뒤에 붙는 수치는 인장강도의 최소보증치(MPa)를 나타낸다.

[S-C재]

기계구조용탄소강강재라고 하며 탄소 함유량은 0.1~0.6%로 저탄소강에서 중탄소강의 강재이다. 대표적인 강종은 SM45C나 SM50C 등으로 탄소함유량을 S와 C의 사이에 끼워 표기한다. S-C재는 SS재에 비해 기계적강도가 높고 열처리에 의한 특성변화에도 뛰어나다. 하지만 냉각에 의해 균열이 발생한다. 정밀기계부품이나 강도가 필요한 부품에 사용되는 경우가 많은 강재이다.

[SPC재]

냉간압연강판ㅇ;라고도 불리며 탄소함유량이 0.1% 미만인 저탄소강이다. Steel Plate Cold(SPC)의 약자로 판재로 제작된다. 대표적인 강재는 SPCC이다. 가공성이나 성형성이 우수하여 굽힘가공 등에 적합하다. 하지만 산화하기 쉬우므로 가공 후 도장이나 도금이 필요한 재료라는 점에 주의할 필요가 있다.

[STC, SK재]

탄소강구강강재러고 하며 탄소함유량이 0.6~2.14%의 고탄소강이다. 일본어로 S(Steel)과 K(공구, Kougu)의 약자로 S와 K의 뒤에 탄소함유비율을 표시하는 2항의 숫자가 붙는다. 예를 들어 SK95라고 하면 0.95%의 탄소가 함유되어 있다라는 읨이다. SK재는 경도나 내마모성이 우수한 강재로 칼이나 공구의 재료로서 많이 사용하는 강재이다.

SK강재는 일반적으로 가공전이나 후에 열처리를 실시하지만 일정 이상의 고온이 되면 경도가 저하하는 특징이 있다.

[아래는 기계재료편람 발췌]

일반 구조용 압연 강재의 경우 KS D 3503

구 규격인 SS41은 신규격에서는 SS400으로 호칭한다. SI의 MPa 단위