이산화탄소가스아크용접기능사 순철과 탄소강 — 원소 구성과 강괴, 주철의 성질

탄소강의 대표 5원소는 탄소, 규소, 망간, 인, 황이다. 이 가운데 규소와 망간은 강에 유익하고, 인과 황은 유해 불순물이다. 황은 적열취성을 일으키고 인은 냉간취성을 일으킨다. 니켈, 크롬, 몰리브덴 같은 원소는 탄소강의 5원소가 아니라 합금강에 넣는 첨가 원소다.

원소의 효과도 짝지어 둔다. 니켈은 강인성, 내식성, 내산성, 저온 충격 저항을 높이는 대표 원소다. 황은 뜨거울 때 잘 갈라지는 적열취성을 일으키는 유해 원소이므로 합금강에 성능을 높이려 넣는 특수 원소가 아니다.

강괴는 탈산 정도로 나뉜다. 킬드 강괴는 탈산제를 넉넉히 넣어 완전히 탈산한 것이며 탄소 함유량이 0.3% 이상이고 재질이 균일하다. 기계적 성질과 방향성이 좋아 합금강, 단조용강, 침탄강의 원재료로 쓰인다. 다만 상부에 생긴 수축관이 산화되어 가공할 때 압착되지 않으므로 잘라내야 한다. 림드 강괴는 탈산을 거의 하지 않아 내부 품질이 떨어지고 값싼 판재용이다.

주철은 가열과 냉각을 반복하면 부피가 커지는데 이를 주철의 성장이라 한다. 원인은 네 가지다. 시멘타이트가 흑연으로 분해되며 커지는 흑연화, 흑연 틈으로 산소가 들어가는 내부 산화, 빨아들인 가스의 팽창, 그리고 A1 변태가 반복되며 생기는 미세 균열이다. 오스테나이트 가운데 규소의 산화라는 설명은 이 네 가지에 들지 않는다. 방지책은 흑연을 미세화하거나 구상화하고 탄소와 규소를 낮추는 것이다. 반복 가열과 냉각은 성장을 일으키는 조건이므로 방지책이 아니다.

주강도 망간 함량으로 조직이 갈린다. 망간을 약 1~2% 넣은 저망간 주강은 열처리로 펄라이트 조직을 얻어 니켈-크롬 주강에 견줄 만한 기계적 성질을 가진다. 구조용 부분품이나 제지용 롤러에 쓰인다. 망간을 10~14% 넣은 고망간강은 오스테나이트 조직이다.

오스테나이트계 스테인리스강은 용접 열로 450~850도에 놓이면 크롬 탄화물이 결정 입계에 석출되어 그 주변의 크롬이 줄고, 녹이 슬기 쉬워진다. 이를 입계부식 또는 예민화라 한다. 방지법은 탄소를 낮추는 것, 탄소보다 먼저 결합하는 티타늄이나 니오븀을 넣는 것, 고온으로 가열한 뒤 급냉하는 용체화처리다. 천천히 식히는 풀림이나 탄화물을 형성하는 시효처리는 예민화를 오히려 촉진한다.