ㅇ 불순물 함유된 철(철광석,Fe2O3)을, 숯(탄소,C)으로 재가열하여 순도를 높힌 것 - 탄소 함유량을 요구 수준까지, . 보통, 탄소가 2.1% 이하로 함유된 철 합금(탄소강)이 요구 수준임 - 선철을 탄소 및 다른 원소들로 산화시켜, 순도를 높여 만듬 . 주로, 탄소를 사용하여, 산소가 분리 환원되면서 산소 성분을 제거할 수 있게됨
ㅇ 강의 5원소 : C(탄소), Si(규소), Mn(망간), P(인), S(유황) * 특히, 탄소(C)는, 철과 강을 구분짓는 주요 화학원소 임 - 여기서, P(인),S(유황)은 강의 성질에 유익하지 않아, 0.05% 정도 이하로 규격화하기도 함
순수한 철(Fe)은 너무 연하기 때문에 사용하기가 어렵습니다. 그래서 여기에 목탄이나 코크스에서 추출한 탄소(C)를 첨가시켜야 우리가 알고 있는 단단한 철이 됩니다.
탄소외에도 철(Fe)에는 기본적으로 존재하는 불순물이 있는데 바로 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S)이 그것입니다. 이 원소들은 어떤 특수 목적을 위해 첨가된 것이 아니라
철광석에서 정련/제련 후 잔존하는 것이기 때문에 이 4가지 원소가 첨가되었다고 해서 합금강이라고 부르지는 않습니다. 대신 탄소를 포함한 이 5가지 원소를 강의 5대원소라고 하고 최대함량을 아래 이하로 관리합니다.
Mn : ~1.0% Si : ~0.3% S : 0.05% P: ~0.05%
C(탄소) 철강의 성질은 탄소양에 따라 크게 좌우된다고 해도 과언이 아닙니다. 보통 우리가 사용하는 철강은 0.01~0.7% 정도 함유되는 탄소량에 따라 좌우되는데, 탄소량이 늘어날수록 경도와 강도는 증가하지만 인성 이라고 부르는 탄성과 용접성은 떨어집니다. 반대로 탄소량이 줄어들수록 연하고 늘어나기 쉬우나 강도, 경도는 떨어지겠지요.
마치 양날의 검과 같습니다. 강의 강도를 높이는 데 가장 중요한 역할을 하는 원소이지만, 용접성과 인성에는 해를 끼치니까요.
Mn(망간)의 영향 Mn은 탄소강에 있어서 탄소 다음으로 유용한 원소이다. Mn은 제강원료로 사용한 선철 중에서 또는 제강시에 탈산, 탈황제로도 첨가되어 그 일부가 강 중에 남아있다. 탄소강 중의 Mn량은 0.2~1.0% 정도이다. Mn의 일부는 강 중에 고용하고, 나머지는 MnS로서 결정입계에 혼재하고 있으나, MnS는 FeS보다 강에 해롭지 않다.
Mn이 페라이트 중에 고용되면 다음과 같은 영향을 준다. 1. 강의 변태점을 낮추어 담금질의 임계냉각속도를 느리게 함으로써 담금질 효과를 증가시킨다. 즉, 경화능이 대단히 좋아진다. 2. 높은 온도에서의 결정의 성장, 즉 걸칠어지는 것을 감소시킨다. 3. 어느 정도까지는 강의 경도, 강도, 인성을 증가시키는 반면에 연성은 약간 감속한다. 즉, 기계적 성질이 좋아진다. 4. 강의 점섬을 증가시키고 고온가공은 용이하나, 냉간가공에는 불리하다. 공구강에서는 담금질 균열이 생기기 쉬우므로 그 함량을 0.2~04.%로 하고, 유냉시에는 약간 높게 한다. 세미킬드(반경) 강의 단조에는 0.6% 정도, 레일강에는 0.8%, 연강의 경우에는 1.0%까지 함유하는 경우고 있다.
탄소강 중의 Mn은 0.35~1.0%까지 관리되는데, 항복강도를 증가시키는 등 기계적 성질을 개선시키고 열처리 시 경화깊이를 증가시킵니다. 하지만 Mn이 강에 조금만 많아도, 열처리 시 균열과 뒤틀림을 발생시킬 수 있습니다. 강에 남아 있는 S과 MnS로 결합해 S가 Fe와 결합하여 강에 해를 끼치는 것을 막아줍니다.
S(황) 영향 강 중의 S는 대부분의 경우 Mn과 결합해서 황화망간 MnS로 존재한다. 이것은 슬래그의 일종으로 비중이 적어 대부분이 용강의 표면에 떠올라 슬래그로 제거되나, 소량은 강 중에 존재한다. 이것이 편석 되어 강재의 약점이 되며, 파괴의 원인이 되기 쉽다. 만약 강 중의 Mn의 양이 충분하지 못할 경우에는 황화철 FeS가 되어 존재한다. 이것은 노란색으로 여리고 약하며, 철과 공정하여 결정립계에 그물모양으로 분포한다. 황이 FeS 상태로 존재하면 다음과 같은 영향을 받는다.
1. S의 함유량이 0.02% 이하일지라도 강의 인장강도, 연신율, 충격값 등이 감소한다. 2. 황화철은 용융점이 낮기 때문에 고온에 있어서 미치는 해는 더욱 크며, 열간 가공 시 균열이 잘 생기게 한다. 즉 1100~1200'C의 온도에서 S의 영향으로 취성을 나타낸다. 이것을 적열취성이라 한다.
보통 망간, 아연, 티타늄, 몰리브덴 등과 결합하여 강의 피삭성을 개선시킵니다. 그러나 만약 강에 S가 많아 Fe와 결합하여 FeS가 되면, 고온에서 취성을 일으키고 가공시 균열을 발생시킵니다. 그러므로 이를 방지하기 위해 Mn과 S의 비를 5:1로 하여 S가 Fe와 결합하는 것을 막아줍니다.
P(인)
일반적으로 강에 해로운 원소입니다.
강중에 균일하게 분포되어 있는 경우 별 문제가 되지 않지만
보통 Fe₃P로 결합해 강을 취약하게 합니다.
Si(규소)
철에 남아있는 산소는 불순물이 되어 철의 인성을 떨어뜨립니다. 이 때 규소(Si)가 O₂와 결합해 SiO₂ 가 되어 강에서 탈산제 역할을 합니다.
