합금강의 종류 및 개요, 팀켄강[Timken steel]

팀켄강[Timken steel]

Timken사(미국)의 Ni-Cr-Mo계 내열강. 보통 Timken 16-25-6으로 불리우고 있다. Cr 16%, Ni 25%, Mo 6%, 나머지 Fe의 의미로 상용사용온도는 600℃. 고전합금에 속한다.

팀켄강

<합금강의 종류 및 개요>

 

1) 니켈크롬강(Ni-Cr강, SNC)

Ni을 첨가하면 페라이트 강도를 증가시키면서 인성을 저하시키지 않기 때문에 Ni은 우수한 합금원소로 간주된다. Cr에 의한 담금질성은 Cr량이 1% 이상으로 되면 현저히 작용효과가 완만하게 되므로 Ni을 첨가함으로써 더욱 담금질성이 개선되며, 또한 그 강인성을 증가시키는 등 담금질 경화성이 개선된다. 일반적으로 대형 단조용 강재로 적합하다. 그러나 가공에 있어서는 백점(白店 : 수소 Gas의 영향에 의한 강재 내부의 Crack)등의 미세한 균열(Crack) 이 생기기 쉽고 그 밖에 열처리가 적합하지 않으면 뜨임취성을 일으키므로 주의해야 한다. 니켈크롬강의 종류에는 SNC236, 415, 631, 815, 836이 있다.

① Ni : 페라이트 강도 증가, Cr : 탄화물 강화

② Ni-Cr강의 특징은 수지상(덴드라이트)조직이 되기 쉽고, 수소취성이 생기기 쉬우므로 주조에 만전을 기해야 한다.

③ 뜨임, 서냉 취성이 생기기 쉬워 800~850℃에서 담금질을 하고 550~650℃에서 뜨임을 하나 뜨임 후는 급냉시켜야 하며, 취성 방지제로서 Mo, V(고가)을 첨가한다.

㈎ 구조용강 중에서 가장 중요한 강종이다.

㈏ 성분：C 0.27～0.4%, Ni 1.0～2.5%, Cr 0.5～1.0%가 많이 사용된다.

㈐ 인성증가와 담금질성을 개량하며 경화능은 좋으나 뜨임 메짐을 일으킨다.

㈑ 가열도중 공냉하여도 담금질 효과를 가장 크게 나타낸 강이다.

 

2) 니켈크롬몰리브데넘강(Ni＋Cr＋Mo강, SNCM)

Ni-Cr강은 뜨임취성에 민감하며 큰 질량의 것은 내부까지 급냉하는 것이 곤란하므로 Mo을 0.3% 정도 첨가하여 뜨임취성을 방지하고 동시에 담금질성을 향상시킨다. 주요 용도로서는 대형 기어, 축 등에 쓰이고 있다. 이 강종에는 SNCM 220~815까지 11종이 있는데 Ni-Cr량을 변화시킨 것이다.

㈎ Ni＋Cr 강에 0.3%의 Mo을 첨가하여 강인성을 증가시키고 담금질한 경우 질량 효과가 감소하며 뜨임 저항을 방지한다.

㈏ 고급 내연기관의 크랭크 축 등에 사용한다.

 

3) 크롬몰리브데넘강(Cr＋Mo강, SCM)

Ni-Cr강에 Ni을 줄이고, Cr강에 소량의 Mo을 첨가하면 인장강도와 충격저항이 큰 펄라이트강이 얻어진다. SCM 415~822까지 11종이 있다.

㈎ 인장강도, 충격저항이 증가한다.

㈏ Ni-Cr 강의 대용으로 사용된다.

 

4) Mn＋Cr 강

Ni-Cr강에 Ni을 Mn으로 대치시킨 강으로 Ni-Cr강에 비해 질량효과가 크고 인성이 감소하며 값이 싸다. Mn 강은 탄소강 중 Mn의 함유량을 높인 것으로 탄소강의 질량효과를 개선시킨 것이다. Cr, Ni을 사용하지 않으므로 값이 저렴한 편이다.

 

5) Ni 강

주요 성분은 C(0.1～0.6%)＋Ni(0.5＋5%) 강으로 질량효과가 작고 차량, 펌프 부품용으로 사용한다.

 

6) Cr 강

중탄소강에 1% 전후의 Cr을 첨가한 것인데 풀림상태에서는 기계적 성질에는 별 차이가 없으나 담금질에 의하여 개선시키는 것이 가능하다. 인장강도 등을 증가시키나 연신율이 떨어지지 않는 특성을 가지며 반복되는 하중에 견디는 저항력이 있다.

① Cr강은 경화가 용이하고 자경성이 있어서 공기 중에서 담금질해도 쉽게 마텐자이트가 된다.

② 경도(내마모성)가 크다. 그 이유는 Cr₄C₂, Cr₇C₃와 같은 복탄화물 형성 때문이다.

③ 내식성, 내열성(Cr₂O₃)이 우수하다.

④ 구조용강 : 저 C+Cr, Mo, Ni

⑤ 공구강 : 고 C+Cr, W, Mn

∙Cr 0.5～1.2%의 강

∙인장강도, 경도, 내마모성의 증가

∙뜨임：580～680℃ 에서 급냉

 

7) 망가니즈강(Mn 강, SMn)

망가니즈강의 종별에는 SMn420, 433, 438, 443종이 있으며 Mn 강은 탄소강 중 Mn의 함유량을 높인 것으로 탄소강의 질량효과를 개선시킨 것이다.

 

① 듀콜강 (Ducole steel, 펄라이트 Mn강) : 저망간강

∙C는 0.18~0.35%, Mn을 0.2～1.7% 함유하며, 820～850℃에서 유냉하고, 조직은 펄라이트이다.

∙인장강도는 45～88kg/mm² 이고, 연율은 13～34%이다.

∙용도는 제지용 롤러와 구조용품(건축, 토목, 교량, 차량, 선박 등)에 쓰인다.

 

② 하드필드강 (Hardfield steel, Austenite Mn강) : 고망간강

∙C는 0.9~1.3%, Mn을 10～14% 함유하며 조직은 오스테나이트이고, 인성이 높아 내마모성이 우수하다. 1,000~1,100℃에서 유냉 또는 수냉하여 완전한 오스테나이트를 만드는데 이를 유인법(oil toughing method)이라 한다.

∙기차레일의 핀, 교차점, 광석분쇄기, 장갑차의 외판 등

 

8) 붕소(B) 첨가강

① B 첨가의 의미 : 극소량이기 때문이다.

②기계적 성질 중에서 경화능만 고려

③ 경화능을 증가시키는 원소 : Mn, Cr, Mo, W, Ni

④ 대용품으로 개발한 것이 B 첨가강이다.

B=0.02% 정도 첨가하면 Ni, Cr, Mo, Mn 등을 첨가하지 않아도 된다.

B=0.002%에 해당하는 경화능은 Ni=2%, Cr=0.5%, Mo=0.35%, Mn=0.3%이다.

 

9) W 첨가강

① 고온에서는 감마에 고용, 저온에서는 알파에 고용

② 열처리가 용이 : 마텐자이트를 만들기 쉽다.

③ 경도가 커서 절삭성이 불량하므로 Mn, Cr 등을 첨가해서 경도를 낮추어 절삭성 개선

④ 전류자기, 보자력이 크므로 영구자석강으로 사용

⑤ 내열성이 우수하다. 담금질된 마텐자이트는 조직이 안정되어 있어서 500~600℃에서 뜨임에 의해 연화되지 않는다.

⑥ 용접 및 단접이 곤란하다.

 

10) Ti 강

① C, H, O(탈산), N, S(탈황) 등과 친화력이 강하다.

② 비중이 작고(4.45) 인장강도(80~88mm²)가 크므로 가벼우면서 강도가 크다.

③ 비행기 엔진 등 내열합금으로 사용. Cr+Ni=내열합금+Ti=초내열합금

④ 내열합금은 크리프 시험을 해야 한다.(일정한 하중 즉, 탄성한도 이내 하중, 일정 온도(400~600℃)에서 장시간에 일어나는 길이의 변화를 측정한다.)

 

11) Si 강

① 페라이트에 고용되면 약화, 오스테나이트에 고용되면 강화

② 강도, 경도, 탄성한도 증가(반드시 스프링강에는 첨가, 최대 2.75%까지 허용)

③ 이력현상이나 와류전류에 대한 손실이 적다.(발전기 변압기 철심용, 영구자석용)

④ 내산강(7% Si 이상) 또는 내산주철(14% Si 이상)을 쓸 수 있다.

⑤ Fe3C는 담금질시 균열을 일으키나 SiC는 담금질시 균열을 일으키지 않으므로 공구강으로 사용할 수 있다.