철강재료 - 특수 용도용 특수강

2-4 특수 용도용 특수강

 

(1) 쾌삭강

   탄소강에 S, Pb, 흑연을 첨가시켜 절삭성을 향상시킨 것을 말하며, S을 0.16% 정도

   첨가시킨 황 쾌삭강, 0.l0~0.30% 정도의 Pb을 첨가시킨 납 쾌삭강, 탄화물을 흑연

   화시킨 흑연 쾌삭강이 있다.

 

(2) 게이지(gauge)강

   블록 게이지(block gauge), 와이어 케이지 (wire gauge) 등 정밀 기계 기구 등에 사

   용된다. 조성은 W-Cr-Mn이고 소입 후 장시간 저온뜨임 또는 영하 처리(심냉 처리)

   한다

   게이지강은 다음과 같은 성질이 필요하다.

   1. 내마모성이 크고 경도가 높을 것.

   2. 담금질에 의한 변형 및 담금질 균열이 적을 것.

   3. 오랜 시간 경과하여도 치수의 변화가 적을 것.

   4. 열팽창계수는 강과 유사하며 내식성이 좋을 것.

 

(3) 스프링용 특수강

   보통 냉간가공의 것과 열간가공의 것이 있다. 철사, 스프링, 얇은 판스프링 등은

   냉간 가공, 판스프링, 코일 스프링은 열간 가공에 속하는데 열간가공용의 스프링으

   로서는 0.5~1.0%℃의 탄소강 외에 Mn강, Si-Mn강, Si-Cr강, Cr-V강 등의 특수강이

   사용된다.

 

(4) 베어링 강

   0.95~1.l0%의 고탄소 크롬강이 사용되는데 고급용은 V, Mo 등을 첨가해서 사용된

   다. 고탄소 크롬강은 내구성이 크고 담금질 후 140~160℃에서 반듯이 뜨임한다.

 

(5) 스테인리스강

   Cr, Ni을 다량 첨가하여 내식성을 현저히 향상시킨 강으로서 녹이 슬지 않는다 하

   여 불수강이라고도 한다. 일반적으로 Cr의 함량이 l2%이상인 강을 스테인리스강

   이라 하고, 그 이하의 강은 그대로 내식성 강이라 하며, 금속 조직학상 마덴자이

   트계와 페라이트계 및 오스테나이트계로 분류되는데 그 대표적인 것은 18-8형 스

   테인리스강인 오스테나이트계 스테인리스강이다.

 

[표 2-2] 스테인리스강의 분류와 특성

분류(조직상)	강종	성분	담금 경화성	내식성	굴곡 가공성	용접성
마텐자이트계	Cr 계	C>0.15, Cr<18	있음	나쁨	나쁨	불가
페라이트계	Cr 계	C<0.20, 11<Cr<27	전혀 없음	보통	보통	보통
오스테나이트계	Cr-Ni	Cr>16, C<0.20, Ni>7	없음	좋음	좋음	좋음

 

   18-8 스테인리스강이라 함은 그 성분이 18% Cr, 8% Ni인 것으로 그 특징은 다음과

   같다.

   1. 내산 및 내식성이 13% Cr 스테인리스강보다 우수하다.

   2. 비자성이다.

   3. 인성이 좋으므로 가공이 용이하다.

   4. 산과 알카리에 강하다.

   5. 용접하기 쉽다.

   6. 탄화물(Cr4C)이 결정립계에 석출하기 쉽다.(즉, 결정립계 부식이 발생하는데 이

   를 강의 예민화(sensitize)라 한다.

 

참고 : 인계부식방지법

1. Cr탄화물(Cr4C)를 오스테나이트 조직 중에 용체화하여 급냉시킨다.

2. 탄소량을 감소시켜 Cr4C의 발생 억제

3. Ti, V, Vb등을 첨가하여 Cr4C의 발생 억제

 

(6) 내열강과 내열합금(STR)

   1. 공업의 발달에 따라서 기계나 설비의 중요한 부분이 고온을 받아야 할 경우가

   많다. 따라서 재료도 고온에 견딜 수 있는 것이 요구되는데 그 고온에 견딜 수

   있는 내열재료의 구비 조건은 다음과 같다.

     ㄱ. 고온에서 화학적으로 안정해야 한다.

     ㄴ. 고온에서 기계적 성질이 우수해야 한다.(경도, 크리프한도, 전연성)

     ㄷ. 고온에서 조직이 변하지 않아야 한다.

     ㄹ. 열팽창 및 열변형이 적어야 한다.

     ㅁ. 소성 가공, 절삭 가공, 용접 등이 쉬워야 한다.

   2. 내열강의 종류에는 Fe-Cr계를 기본으로 하여 이것에 Cr을 비롯한 여러 원소를

   첨가한 페라이트계 내열강, 이 중에는 특히 Cr량을 적게 하여 고온취성을 피하

   고 Si를 첨가하여 내산성의 저하를 보충한 내열강(0.1% C, 6.5% Cr, 2.5% Si),

   18-8계 스테인리스강을 주체로 하고 이것에 Ti, Mo, Ta, W등을 첨가하여 만든

   오스테나이트계 내열강, 초내열 합금(super heat resisting alloy) 등이 있다.

 

(7) 전자기용 특수강

   1. 규소강(Si) : 저탄소(0.08% 이하)강에 0.5~4.5%의 Si를 첨가한 규소강(silicon

   steel)은 잔류자속밀도가 적다. 따라서 히스테리시스 손실이 적으므로 발전기,

   전동기, 변압기 등의 철심 재료에 적합하다.

   2. 자석강 : 강한 영구자석 재료로는 결정입자가 극히 미세하고 결정 입계가 많은

   것이 좋다. 잔류 자기와 항자력이 크고, 온도, 진동 등에 의해 자기를 상실하지

   않는 것으로 텅스텐, 코발트, 크롬이 함유된 강이다. KS 자석강은 Fe-Co-Cr-W

   계 합금이다.

   3. 비자성강 : 변압기, 차단기, 반전기의 커버 및 배전판에 자성재를 사용하면 맴

   돌이 전류가 유도 발생되어 온도가 상승되므로 이것을 피하기 위하여 비자성

   재료를 사용하는데, Ni의 일부를 Mn으로 대치한 Ni-Mn강 또는 Ni-Cr-Mn강 등

   이 사용된다.

 

(8) 불변강

   불변강(invariable steel)이라 함은 온도가 변화하더라도 어떤 특정의 성질(열팽창

   계수, 탄성계수 등)이 변화하지 않는 강을 말하며, 그 종류에는 다음과 같은 것들

   이 있다.

   1. 인바(invar) : Ni 36%를 함유하는 Fe-Ni 합금으로서 상온에서 열팽창계수가 매

   우 적고 내식성이 대단히 좋으므로 줄자, 시계의 진자, 바이메탈 등에 쓰인다.

   2. 초인바(super invar) : 인바보다도 열팽창계수가 한층 더 작은 Fe-Ni-Co합금이다.

   3. 엘린바(elinvar) : 상온에 있어서 실용상 탄성계수가 거의 변화하지 않는 30%

   Ni-12% Cr합금으로 고급시계, 정밀 저울 등의 스프링 및 기타 정밀계기의 재

   료에 적합하다.

   4. 플래티나이트(platinite) : Ni 40~50%, 나머지 Fe이고, 전구의 도입선과 같은 유

   리와 금속의 봉착용으로 쓰이는 Fe-Ni계 합금으로 페르니코(Fe 54%, Ni 28%,

   Co 18%), 코바르(Fe 54% Ni 29%, Co 17%)라는 것도 있다.

   5. 코엘린바(Coelinvar) : Cr10~11%, Co26~58%, Ni10~16% 함유하는 철 합금으

   로 온도변화에 대한 탄성률의 변화가 극히 적고 공기중이나 수중에서 부식되

   지 않고, 스프링, 태엽, 기상관측용 기구의 부품에 사용된다.

   6. 퍼멀로이(permalloy) : Ni 75~80%, Co 0.5% 함유, 약한 자장으로 큰 투자율 가

   지므로 해저전선의 장하 코일용으로 사용되고 있다.

 

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