철(Steel)의 열처리 개요

소개글

철(Steel)의 열처리 개요에 대한 보고서 자료입니다.

목차

⊙ 철강의 정의

⊙ 강(鋼)의 유형
1) 탄소강과 특수강
2) 탄소량에 따른 분류

⊙ 강(鋼)과 열처리

⊙  철 및 강의 결정구조
1) 철의 결정구조
2) 동소변태시의 체적변화
3) 강의 고용체
4) 침입형자리(interstitial site)
5) 결정립

⊙ 확산

⊙ 변태와 조직

● 탄소와 합금원소의 역할

본문내용

재하여 열간가공중에 강재 내부로 침투하기 때문이지만, Ni이나 Mo의 첨가로서 이 현상을 현저히 개선할 수 있다. 또한 Cu는 비교적 소량 함유되어 있어도 대기 및 해수중에서 강의 내식성을 현저하게 향상시킨다. Cu와 P가 공존할 경우 내식성향상에 더욱 효과적이다. 한편 0.4%Cu 이상 첨가시에는 Cu의 미세석출에 의한 석출경화효과도 나타나므로, 실제로 스테인리스강에서는 Cu를 4%정도 첨가석출시켜서 강력 스테인리스강도 만들고 있다.
(10) 알루미늄(Al) Al은 강탈산제로서 유효하나 첨가량이 많으면 강을 취약하게 함으로 탈산, 탈질용으로서는 0.1%이하로 첨가하는 것이 보통이다. 질화물인 AlN은 미세석출하여 강의 결정립미세화에 효과적이므로 이것을 이용해서 극미세 결정립을 갖는 강인강을 제조할 수 있다. 또한 고온산화방지 및 내유화성(耐硫化性)에 극히 효과적이다.
(11) 비소(As) As는 제선제강과정에서 제거하는 것이 거의 불가능하고, 또 강재의 재질향상을 위해서 As를 인위적으로 첨가하는 경우는 거의 없다고 보아도 좋다. 즉 As는 0.2%정도 이상에서는 충격치를 현저하게 저하시키고, 충격천이온도를 상승시킴과 함께 강의 열간가공성을 해치고 적열취성을 일으킨다. 그러나 이러한 악영향은 보통강에 함유되어 있는 정도의 As량에서는 거의 문제시 되지 않는다고 보아도 좋다.
(12) 붕소(B) 미량 첨가(0.0005 0.003%)로서 경화능을 현저히 증가시킨다. 과잉 첨가되면 Fe3B를 형성하여 적열취성을 일으킨다.
(13) 코발트(Co) 대부분의 합금원소는 소량첨가로써 강의 경화능을 향상시키지만 Co는 예외로서 그 반대의 경향을 나타내고, 또 고가이므로 일반적인 강에는 사용하지 않고 자석, 고급절삭공구, 내열재료 등에 첨가해서 성질을 개선하는데에 사용하고 있다. 특히 강의 고온강도를 개선하는데에 효과적이다.
(14) 크롬(Cr) 13%까지 첨가로서 오스테나이트 영역을 확장시킨다. 염가이고, 다량 첨가해도 취화를 일으키지 않는 탄화물을 형성시킨다. 10%이상 첨가하면 스테인리스강으로 되고, 내산화성을 향상시키고 내유화성을 개선하므로 구조용강, 공구강, 스테인리스강 및 내열강의 거의 전부에 함유되어 있는 가장 중요하고 보편적인 합금원소이다. 단 Cr첨가량이 많게 되면 상이라고 하는 비자성의 취약한 상이 나타난다. Cr은 또한 저온취성과 수소취성을 방지하는 효과가 있지만 템퍼링취성은 조장한다.
(15) 몰리브덴(Mo) Mo은 0.1 0.3%정도의 첨가로서 Ni의 10배까지 경화능을 향상시키는 효과가 있으므로 템퍼링취성을 방지하여 템퍼링취화저항성을 부여한다. 또한 탄화물을 형성하므로 고급절삭공구의 합금원소로도 우수한 효과를 나타내며, 결정립조대화온도를 상승시킨다. 경화능에 관해서는 Mo 단독보다는 Cr과 병용하면 더욱 효과적이다. 값이 비싸다.
(16) 니켈(Ni) Ni은 강의 조직을 미세화시키고, 오스테나이트나 페라이트에도 고용이 잘되므로 기지를 강화시킨다. 또 Cr이나 Mo과의 공존하면 우수한 경화능을 나타내어 대형강재의 열처리를 용이하게 한다. Ni은 오스테나이트 안정화원소이므로 Cr과의 조합으로 오스테나이트계 스테인리스강, 내열강을 형성한다. 강의 저온인성을 현저히 개선시키며 용접성, 가단성(可鍛性)을 해치지 않는다. 또한 Ni은 C나 N의 확산을 느리게 하므로 내열강의 열화(劣化)를 방지하고, 팽창률, 강성률, 도자율(導磁率) 등의 점에서도 특징이 있다. 즉 Fe-36%Ni강은 상온부근에서의 열팽창계수가 0에 가까우므로 전자재료(電磁材料) 및 특수재료로서의 용도가 넓다. 따라서 Ni은 Cr과 함께 가장 중요하고도 보편적인 합금원소이다.
(17) 티타늄(Ti) Ti은 O, N, C, S 및 H 등 어느 원소와도 강한 친화력을 나타내고, 특히 탈산, 탈질(脫窒) 및 탈유(脫硫)에 흔히 사용된다. 탄화물형성능도 Cr보다 강하고, 결정립을 미세화시키기때문에 스테인리스강이나 절삭공구강의 개량에 이용된다. 또한 타금속원소와도 화합물을 형성하여 석출경화효과가 현저하므로 석출경화형 스테인리스강이나 영구자석 등에 이용된다.
(18) 주석(Sn) Sn은 scrap으로부터 혼입되어 제강과정에서는 거의 제거되지 못하는 원소로서, 페라이트에는 약 8%까지 고용한다. 일반적으로 Sn은 강의 인장강도, 항복강도를 증가시키고, 연신율, 충격치를 감소시키는 등 P의 영향과 유사한 점이 많지만 P만큼 현저하지는 않다. 그러나 Sn은 열간가공시의 적열취성, 템퍼링취성, 저온취성 등의 원인으로 되고, 내식성에 약간의 이점이 있기는 하지만 일반적으로 강에는 유해한 원소이다.
(19) 셀레늄(Se) Mn 등과 화합물을 만들어 피삭성을 향상시킨다. 유황보다 훨씬 고가이며 용강(熔鋼)의 유동성을 좋게 한다. (20) 칼슘(Ca) 강력한 탈산제이다. 용강중에서 기화하여 폭발하기 쉬우므로 Ca-Si, Ca-Si-Mn 등의 상태로 첨가하여 비금속개재물의 상태 및 분포의 조정을 행한다. (21) 니오븀(Nb) 강력한 결정립 미세화원소로서 결정립 조대화온도를 상승시킨다. 경화능을 저하시키며, 템퍼링취성을 감소시킨다. (22) 텔루륨(Te) 강의 피삭성을 증대시키며, 열간가공성을 해친다. (23) 납(Pb) 강의 피삭성을 향상시킨다. (24) 바나듐(V) 탄화물 형성능이 커서 미립탄화물을 만들어 강의 조직을 미세화시키므로 고장력강으로부터 각종 공구강에 이르기까지 많이 사용되고 있다. 템퍼링연화저항성도 Mo이상으로 좋다. 고온강도도 대폭 향상시키지만 산화물인 V2O5는 증기압이 높아서 고온증발하므로 첨가량에 한계가 있다. (25) 텅스텐(W) W은 고가이고, 비중이 커서 편재하기 쉬우므로 구조용강에는 거의 첨가되지 않지만, 경화능을 향상시키고 Fe4W2C 또는 Fe3W3C형의 탄화물을 형성하므로 공구강 특히 절삭공구강에 이용되고, 18%W-4%Cr-1%V강은 고속도강으로서 유명하다. 또 W이 함유된 자석강도 있다.
(26) 지르콘(Zr) N, S, C 및 H와의 친화력은 Ti보다 더욱 강하기때문에 이들 원소의 고정에 흔히 이용되고 있다. 백점의 발생도 0.2 0.3%첨가로 완전히 방지할 수 있다고 알려져 있다.

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